DE102022108442A1

DE102022108442A1 - Verfahren zur schichtweisen Fertigung wenigstens eines Objekts, mit schrittweiser Aktualisierung der Koordinatentransformation von Scannern

Info

Publication number: DE102022108442A1
Application number: DE102022108442.6A
Authority: DE
Inventors: Joachim Wagner; Matthias Allenberg-Rabe; Marc Gronle; Oliver Pfefferle
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2022-04-07
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2023-10-12
Also published as: WO2023194041A1

Abstract

Ein Verfahren zur schichtweisen Fertigung wenigstens eines Objekts (2) auf einer Bauplattform (6) durch lokale Verfestigung von pulverförmigem Material (3) in einer jeweiligen Schicht (7), wobei zumindest in einer Mehrzahl der Schichten mit N Scannern (9a, 9b) zumindest zeitweise N Hochenergiestrahlen (8a, 8b) zeitgleich eingesetzt werden, mit N≥2,wobei einem jeweiligen Scanner jeweils ein Scannerkoordinatensystem zugeordnet ist, wobei eine Steuereinrichtung (10) für eine Belichtung einer jeweiligen Schicht für jeden Scanner- Belichtungsdaten eines Bearbeitungsmusters in einem Referenzkoodinatensystem zur Verfügung stellt (102),- die Belichtungsdaten im Referenzkoordinatensystem mittels einer programmierten Koordinatentransformation (PKT) in Belichtungsdaten im Scannerkoordinatensystem umrechnet (103), und- die erhaltenen Belichtungsdaten im Scannerkoordinatensystem an den zugehörigen Scanner anweist (104), so dass der Scanner das Bearbeitungsmuster auf der Bauplattform in der Schicht belichtet (105), wobei während der schichtweisen Fertigung des wenigstens einen Objekts wiederholt Messungen vorgenommen werden, mit denen jeweils die momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT) zumindest von N-1 Scannern bestimmt werden, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen M Schichten gefertigt werden, mit M ≥ 2, und wobei während der Fertigung des wenigstens einen Objekts die programmierten Koordinatentransformationen für die wenigstens N-1 Scanner unter Berücksichtigung der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen aktualisiert werden (205.1, 205.j, 205.A; 305.1, 305.j, 305.A), ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen (201, 206; 301, 306) der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen mehrere Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformationen der wenigstens N-1 Scanner durchgeführt werden. Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung, mit dem bei der schichtweisen Fertigung des wenigstens einen Objekts auf der Bauplattform eine hohe Qualität des Objekts bei geringer Nebenzeit ermöglicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schichtweisen Fertigung wenigstens eines Objekts auf einer Bauplattform durch lokale Verfestigung von pulverförmigem Material in einer jeweiligen Schicht,
wobei zumindest in einer Mehrzahl der Schichten mit N Scannern zumindest zeitweise N Hochenergiestrahlen zeitgleich eingesetzt werden, mit N≥2,
wobei einem jeweiligen Scanner jeweils ein Scannerkoordinatensystem zugeordnet ist,
wobei eine Steuereinrichtung für eine Belichtung einer jeweiligen Schicht für jeden Scanner

- Belichtungsdaten eines Bearbeitungsmusters in einem Referenzkoodinatensystem zur Verfügung stellt,
- die Belichtungsdaten im Referenzkoordinatensystem mittels einer programmierten Koordinatentransformation in Belichtungsdaten im Scannerkoordinatensystem umrechnet, und
- die erhaltenen Belichtungsdaten im Scannerkoordinatensystem an den zugehörigen Scanner anweist, so dass der Scanner das Bearbeitungsmuster auf der Bauplattform in der Schicht belichtet,

Ein solches Verfahren ist aus der EP 3 907 021 A1 bekannt geworden.
Durch die schichtweise Fertigung von Objekten durch lokale Verfestigung von pulverförmigem Material mittels Hochenergiestrahlen (in der Regel Laserstrahlen oder Elektronenstrahlen) können dreidimensionale Objekte vergleichsweise einfach und schnell gefertigt werden. Geometrischen Beschränkungen von herkömmlichen Fertigungsverfahren wie Fräsen oder Spritzguss können dabei überwunden werden. Die schichtweise Fertigung wird häufig für Prototypen oder für Objekte, die nur in kleinen Stückzahlen oder sogar nur einmalig hergestellt werden (etwa Zahnkronen) eingesetzt.
Für eine besonders schnelle Fertigung können auf einer Bauplattform auch mehrere Hochenergiestrahlen gleichzeitig eingesetzt werden. Für jeden Hochenergiestrahl gibt es einen Scanner (auch genannt Scannersystem), der beispielsweise bei Laserstrahlen einen mittels Piezoaktuatoren verstellbaren Spiegel umfassen kann.
Zur Fertigung eines großen Objekts auf der Bauplattform werden oft mehrere Hochenergiestrahlen an demselben Objekt gleichzeitig eingesetzt. In einer jeweiligen Schicht wird die sich aus dem Objekt ergebende zu bearbeitende (zu verfestigende) Fläche der Schicht auf Teilflächen aufgeteilt, die jeweils mit einem der Hochenergiestrahlen gefertigt werden. Die zu bearbeitenden Teilflächen der verschiedenen Hochenergiestrahlen berühren sich an Grenzlinien.
Die verschiedenen Scanner der Hochenergiestrahlen werden von einer elektronischen Steuereinrichtung angesteuert. Gemäß dem gewünschten zu fertigenden Objekt werden aus dessen 3D-Daten für jede zu fertigende Schicht Belichtungsmuster für jeden Scanner erzeugt, die zunächst in einem Referenzkoordinatensystem angegeben sind. Jedem Scanner ist ein Scannerkoordinatensystem zugeordnet, und ein jeweiliger Scanner erhält von der Steuereinrichtung die mit dem Hochenergiestrahl anzufahrenden Koordinaten (Belichtungsdaten) mit Bezug auf sein Scannerkoordinatensystem. Hierfür werden die Belichtungsdaten für diesen Scanner vom Referenzkoordinatensystem in das jeweilige Scannerkoordinatensystem umgerechnet, wofür eine für den jeweiligen Scanner programmierte Koordinatentransformation verwendet wird. Das Referenzkoordinatensystem ist meist an die Bearbeitungsmaschine gebunden (Maschinenkoordinatensystem), es kann aber auch das Scannerkoordinatensystem eines ausgewählten Scanners („Führungsscanner“) als Referenzkoordinatensystem gewählt sein.
Die Koordinatentransformation eines Scanners, d.h. der Zusammenhang zwischen dem Referenzkoordinatensystem und seinem Scannerkoordinatensystem, kann experimentell gemessen werden, wie beispielsweise angegeben in der EP 3 907 021 A1 oder in der WO 2018/086996 A1 oder in der WO 2019/173000 A1 oder in der DE 10 2018 205 403 A1 . Im Allgemeinen werden dabei mit dem Scanner ein oder mehrere Messpunkte (z.B. Reflexe oder auch aufgeschmolzene Testmuster) mit dessen Hochenergiestrahl auf der Bauplattform oder einem Kalibrierobjekt erzeugt, deren Positionen relativ zum Referenzkoordinatensystem bestimmt werden.
Während der Fertigung eines dreidimensionalen Objekts auf der Bauplattform kann sich jedoch die relative Ausrichtung der Scanner zur Bauplattform mit der Zeit ändern. Dies kann beispielsweise durch Temperaturänderungen, Gasdruckänderungen und Feuchtigkeitsänderungen bedingt sein. Die unterschiedlichen Scanner werden im Allgemeinen in unterschiedlicher Weise von Veränderungen der Ausrichtung beeinflusst. Mit anderen Worten, die momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen können sich gegenüber den programmierten Koordinatentransformationen für die Scanner (mit Ausnahme des Führungsscanners, falls ein solcher eingerichtet ist) verändern. Als Folge dessen können die von verschiedenen Scannern bzw. deren Hochenergiestrahlen bearbeiteten Teilflächen auf der Bauplattform gegeneinander fehlausgerichtet sein. Dadurch können im Bereich der Grenzlinien der Teilflächen der einzelnen Schichten Fehler in der Struktur des gefertigten Objekts erzeugt werden, beispielsweise Porensäume oder lokale Dichteschwankungen oder auch Geometriefehler. Dadurch wird die Qualität des gefertigten Objekts beeinträchtigt.
Aus der EP 3 907 021 A1 ist es in einer Variante bekannt geworden, während der Fertigung eines Objekts auf einer Bauplattform nach jeweils zwölf gefertigten Schichten relativ zu einem Führungsscanner die momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen der übrigen Scanner neu zu bestimmen, und in einer Aktualisierung die programmierten Koordinatentransformationen der übrigen Scanner auf die momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen der aktuellen Bestimmung zu setzen und für die Fertigung der nächsten zwölf Schichten zu verwenden.
Durch dieses Vorgehen können die programmierten Koordinatentransformationen nachgeführt und an Veränderungen der Ausrichtung der Scanner angepasst werden. Jedoch ist anzumerken, dass jede Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen grundsätzlich Zeit benötigt, die dann nicht für die Fertigung des Objekts als solches zur Verfügung steht (so genannte Nebenzeit). Zudem besteht die Gefahr, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen der Koordinatentransformationen es zu so starken Veränderungen einer momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation kommt, dass die Aktualisierung der programmierten Koordinatentransformation selbst zu einem Fehler in der Struktur des zu fertigenden Objekts führt (beispielsweise zur Erzeugung eines sichtbaren Versatzes im Objekt, auch als „Stufe“ bezeichnet).
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur schichtweisen Fertigung wenigstens eines Objekts auf einer Bauplattform vorzustellen, bei dem eine hohe Qualität des Objekts bei geringer Nebenzeit ermöglicht wird.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen mehrere Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformationen der wenigstens N-1 Scanner durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung schlägt vor, zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen der Koordinatentransformationen der wenigstens N-1 Scanner für einen jeweiligen Scanner die programmierte Koordinatentransformation nicht in einer einzigen Aktualisierung nachzuführen, sondern in mehreren Aktualisierungen.
Dadurch ist es möglich, eine aufgelaufene oder erwartete relative Verstellung eines jeweiligen Scanners durch Störeinflüsse wie Temperaturschwankungen (z.B. durch Sonneneinstrahlung), Druckschwankungen oder Feuchtigkeitsschwankungen (z.B. durch Wettereinflüsse), die sich insbesondere in einer Abweichung zwischen der zuletzt programmierten Koordinatentransformation und der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation manifestiert, in kleinere Einzel-Korrekturen aufzuteilen und mit diesen mehrere Aktualisierungen durchzuführen. Die Nachführung der programmierten Koordinatentransformationen der Scanner kann dadurch auf sanfte Weise erfolgen. Durch die Erfindung können Fehler in der Struktur des wenigstens einen, zu fertigenden Objekts auf der Bauplattform an den Grenzlinien zwischen zwei Teilflächen in einer Schicht, die mit verschiedenen Scannern gefertigt werden, minimiert oder ganz vermieden werden.
Dabei können sowohl Fehler in der Struktur durch eine relative Verstellung von Scannern relativ zueinander und/oder zur Bauplattform als solches als auch durch die Nachführung der programmierten Koordinatentransformationen der wenigstens N-1 Scanner während der Abarbeitung einer Beschickung der Bauplattform minimiert oder ganz vermieden werden. Insbesondere werden in den Bereichen der Grenzlinien in den Schichten bzw. in Bereichen von entsprechenden schichtübergreifenden Grenzflächen Porensäume oder Dichteschwankungen oder allgemein Geometriefehler und Versätze (die an Oberflächen sichtbar wären) vermieden.
Bestimmungen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation können vergleichsweise selten stattfinden, da gegebenenfalls auch größere aufgelaufene relative Verstellungen nachgeführt und ausgeglichen werden können, ohne merkliche Fehler in die Struktur des zu fertigenden Objekts einzubringen. Dadurch kann Nebenzeit eingespart werden, und so die Produktivität erhöht werden.
Die Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen der Scanner (oder Scannersysteme) erfolgt typischerweise auf Basis einer Messung zwischen der Fertigung zweier Schichten; es ist aber auch möglich, dass die Bestimmung auf Basis mehrerer Teilmessungen erfolgt, die verteilt über die Fertigung mehrerer Schichten stattfinden. Messungen, mit denen die momentane, tatsächliche Koordinatentransformation eines Scanners bestimmt werden kann sind im Stand der Technik als solches bekannt und können im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewandt werden; insbesondere kann im Rahmen der Erfindung vorgegangen werden wie in der EP 3 907 021 A1 oder der WO 2018/086996 A1 beschrieben; der Inhalt dieser Dokumente wird hiermit durch Bezugnahme in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung eingeschlossen. Beispielsweise können ein oder mehrere Testbaukörper an festgelegten Orten der Bauplattform aufgebaut werden, und im Pulver werden mit allen beteiligten Hochenergiestrahlen bzw. Scannern definierte Strukturen in das Pulver oder bereits aufgeschweißte Bereiche durch erneutes Aufschmelzen eingebracht; diese Strukturen können dann mit einer Kamera erfasst werden (die Strukturen repräsentieren dann erfassbare Messpunkte). Es ist alternativ auch möglich, solche Strukturen in gesonderte Bereiche (mit eigenen Bauzylindern) außerhalb der eigentlichen Baufläche/Bauplattform aufzubringen. Ebenso ist es möglich, feststehende Marker oder bekannte Körper mit allen Scannern mit Laserstrahlen abzutasten und deren aktuelle Lage beispielsweise durch Erfassung des daran rückgestreuten, rückreflektierten oder allgemein rückremittierten Laserlichts unter Verknüpfung mit Positionsstempeln der Scanner zu ermitteln. Insbesondere kann eine Saphir-Kugel als Quasi-Retroreflektor an dem Beschichter (der das Pulver auf die Bauplattform aufbringt) angebracht werden und durch den Beschichter gelegentlich in den Bauraum eingebracht und abgescannt werden. In Abhängigkeit von der Anzahl der unabhängigen Messpunkte (pro Scanner) kann die relative Position (mit einem oder mehr Messpunkten) oder auch die Orientierung/Drehstellung (mit zwei oder mehr Messpunkten) der Scanner relativ zueinander oder auch relativ zum Maschinenkoordinatensystem ermittelt werden. Im Falle einer Bestimmung der Verstellung der N Scanner untereinander, also für N-1 Scanner relativ zu einem Führungsscanner (dessen Scannerkoordinatensystem dann dauerhaft als Referenzkoordinatensystem oder mit einer festen Beziehung zum Referenzkoordinatensystem festgelegt wird) werden üblicherweise für N-1 Scanner Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformationen durchgeführt, und im Falle einer Bestimmung der Verstellung der N Scanner zu einem Maschinenkoordinatensystem werden üblicherweise für alle N Scanner Aktualisierungen der Koordinatentransformationen durchgeführt.
Das Nachführen der programmierten Koordinatentransformationen in den mehreren Aktualisierungen zwischen zwei Bestimmungen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen der wenigstens N-1 Scanner berücksichtigt zumindest die gemessenen momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen der aktuellen Bestimmung, und kann darüber hinaus auch die gemessenen Ergebnisse älterer Bestimmungen mitberücksichtigen. Insbesondere können für das Nachführen Algorithmen aus klassischen Reglern genutzt werden, insbesondere um die Stellgröße (Veränderung der programmierten Koordinatentransformation) in einem jeweiligen Regelschritt (Aktualisierung) zu begrenzen.
Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, die Nachführung der programmierten Koordinatentransformation je Aktualisierung auf einen Maximalwert (bezüglich Versatz und/oder Drehung) zu begrenzen, insbesondere auf einen bestimmten Maximalversatz, beispielsweise auf 5 µm oder 10 µm oder 15 µm je Aktualisierung bei einem Spotdurchmesser von ca. 80-100µm; bei größeren Spotdurchmessern kann ein größerer Maximalversatz gewählt werden und umgekehrt. Meist liegt der nachgeführte Maximalversatz je Aktualisierung in einem Bereich von 5%-15% des Spotdurchmessers des zugehörigen Hochenergiestrahls. Der Spotdurchmesser kann beispielsweise nach dem 86%-Kriterium bestimmt werden, so dass in einem Kreis mit dem Spotdurchmesser 86% der Strahlleistung liegen.
Zwischen zwei Bestimmungen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen finden A Aktualisierungen statt, mit A≥2, bevorzugt A≥5, und besonders bevorzugt A≥10. Zwischen zwei Bestimmungen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen werden insgesamt M Schichten gefertigt, wobei M≥2, bevorzugt M≥5, besonders bevorzugt M≥10, ganz besonders bevorzugt M≥20. Man beachte, dass M≥A. Eine jeweilige Aktualisierung (bzw. ein dann neu hinterlegter Satz von programmierten Koordinatentransformationen) gilt dann für die nachfolgende Fertigung von einer oder mehreren Schichten.
Bevorzugte Varianten der Erfindung
Besonders bevorzugt ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die vorsieht, dass nach einer jeweiligen aktuellen Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen für die wenigstens N-1 Scanner für einen jeweiligen der wenigstens N-1 Scanner

- unter Berücksichtigung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation der aktuellen Bestimmung eine Ziel-Koordinatentransformation ermittelt wird,
- und mit den mehreren Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformation zwischen der aktuellen Bestimmung und der nächsten Bestimmung die programmierte Koordinatentransformation schrittweise auf die Ziel-Koordinatentransformation überführt wird. Durch die schrittweise Überführung der programmierten Koordinatentransformation auf die Ziel-Koordinatentransformation werden aufgelaufene oder erwartete Verstellungen der Scanner auf sanfte Weise kompensiert, und Fehler in der Struktur des wenigstens einen, zu fertigenden Objekts auf der Bauplattform minimiert. Die mit einer jeweiligen Aktualisierung (einem jeweiligen Nachführungsschritt) neu programmierte Koordinatentransformation gilt dann für die Fertigung von einer oder mehreren Schichten bis zur nächsten Aktualisierung (zum nächsten Nachführungsschritt). Zwischen der aktuellen Bestimmung und der nächsten Bestimmung wird die programmierte Koordinatentransformation nach Erreichen der Ziel-Koordinatentransformation bis zur nächsten Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation im Allgemeinen nicht mehr geändert. Falls gewünscht, kann eine maximale, in einer einzelnen Aktualisierung zulässige Änderung (Versatz und/oder Rotation) der programmierten Koordinatentransformation für einen jeweiligen Scanner festgelegt werden, typischerweise mit einem Maximalwert zwischen 2,5 µm und 25 µm für einen Versatz und einem Maximalwert zwischen 0,05° und 1,0° für eine Rotation (Drehung) in der Ebene der Bauplattform.

Eine bevorzugte Weiterentwicklung dieser Variante sieht vor, dass nach einer jeweiligen aktuellen Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen für die wenigstens N-1 Scanner für einen jeweiligen der wenigstens N-1 Scanner

- eine Ausgangs-Abweichung zwischen der Ziel-Koordinatentransformation und der programmierten Koordinatentransformation, die der aktuellen Bestimmung zugrunde lag, ermittelt wird,
- die ermittelte Ausgangs-Abweichung in mehrere Abweichungsanteile aufgeteilt wird,
- und für die Schichten, die nach der aktuellen Bestimmung bis zur nächsten Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation gefertigt werden, die programmierte Koordinatentransformation schrittweise in den mehreren Aktualisierungen geändert wird,

Vorteilhaft ist eine Untervariante dieser Weiterentwicklung, bei der die ermittelte Ausgangs-Abweichung in gleich große Abweichungsanteile aufgeteilt wird. Dadurch kann ein besonders sanftes Nachführen der programmierten Koordinatentransformation eines jeweiligen Scanners an die zugehörige Ziel-Koordinatentransformation erreicht werden. Typischerweise erfolgen in dieser Untervariante die mehreren Aktualisierungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen auch jeweils nach Fertigung einer gleich großen Anzahl von Schichten.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, ungleiche Abweichungsanteile zu wählen. Insbesondere können in einem Bestimmungsintervall frühere Aktualisierungen größere Abweichungsanteile haben als spätere Aktualisierungen. Es ist auch möglich, die ersten Abweichungsanteile in einem Bestimmungsintervall jeweils entsprechend einem maximal zulässigen Abweichungsanteil (bezüglich Versatz und/oder Drehung) zu wählen, und in einer letzten Aktualisierung einen verbleibenden Rest der Ausgangsabweichung auszugleichen.
In einer weiteren Untervariante ist vorgesehen, dass ein jeweiliger Abweichungsanteil durch einen maximalen Versatz und/oder eine maximale Drehung begrenzt ist. Dadurch können sehr zuverlässig Fehler im gefertigten Objekt (etwa Porensäume) vermieden werden. Ein typischer maximaler Versatz je Aktualisierung liegt meist zwischen 2,5 µm und 25 µm, und eine maximale Drehung (Rotation) je Aktualisierung liegt meist zwischen 0,05° und 1,0° in der Ebene der Bauplattform.
Bevorzugt ist zudem eine Untervariante der obigen Weiterentwicklung, die vorsieht, dass zwischen zwei Bestimmungen eine Anzahl von A Aktualisierungen erfolgt, wobei A=M gewählt ist, und dass die Ausgangs-Abweichung auf M gleiche Abweichungsanteile aufgeteilt wird. Mit anderen Worten, eine Aktualisierung der programmierten Koordinatentransformation erfolgt für jede Schicht, und die Ausgangs-Abweichung wird auf die Aktualisierungen gleichmäßig verteilt. Dadurch kann ebenfalls ein besonders sanftes Nachführen der programmierten Koordinatentransformation eines jeweiligen Scanners an die zugehörige Ziel-Koordinatentransformation erreicht werden.
Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung, bei der die Ziel-Koordinatentransformation der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation der aktuellen Bestimmung entspricht. Die programmierte Koordinatentransformation eines jeweiligen Scanners wird bis zur nächsten Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation auf den neuesten, verfügbaren experimentellen Wert der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation nachgeführt. Dies ergibt in den meisten Anwendungsfällen bereits eine gute Qualität des wenigstens einen, gefertigten Objekts und ist auch einfach umzusetzen. Es werden keine Prognoseberechnungen oder Prognosemodelle benötigt, und Ergebnisse von vorhergehenden Bestimmungen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen brauchen nicht herangezogen oder gespeichert werden. Das Vorgehen ist besonders bei nicht oder nur mit großer Unsicherheit vorhersehbaren Veränderungen der Ausrichtung des Scanners gegenüber der Bauplattform sehr gut einsetzbar. Falls die momentane tatsächliche Koordinatentransformation im Rahmen eines geplanten Bestimmungsintervalls als Zieltransformation nicht erreichbar ist, beispielsweise weil für die geplante Anzahl von Aktualisierungen und eine maximale Verstellung der programmierten Koordinatentransformation je Aktualisierung die Ausgangs-Abweichung zu groß ist, kann in einer Alternative auch als Zieltransformation eine Koordinatentransformation gewählt werden, die zwischen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation und der Koordinatentransformation, die der aktuellen Bestimmung zugrunde lag, liegt.
Ebenfalls bevorzugt ist eine Weiterentwicklung, bei der die Ziel-Koordinatentransformation unter Berücksichtigung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen der aktuellen Bestimmung und wenigstens B, mit B≥2, zuvor bestimmten, momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen als eine prognostizierte Koordinatentransformation ermittelt wird. Dadurch kann in vielen Anwendungsfällen die Qualität des gefertigten, wenigstens einen Objekts noch weiter gesteigert werden. Für eine jeweilige Schicht kann die programmierte Koordinatentransformation eines jeweiligen Scanners näher bei der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation gehalten werden; meist ist auch zum Zeitpunkt einer jeweiligen Bestimmung dann die programmierte Koordinatentransformation besonders nahe an der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation. Durch die Beobachtung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation über eine Vielzahl von (bekannten) Zeitpunkten der jüngeren Vergangenheit kann in vielen Fällen eine zu erwartende Koordinatentransformation zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Zukunft („prognostizierte Koordinatentransformation“) durch Modellberechnungen mit guter Genauigkeit bestimmt werden. Die zukünftige Entwicklung der Verstellung eines Scanners kann vorweggenommen werden, indem die programmierte Koordinatentransformation in dem Zeitraum bis zu dem besagten, bestimmten Zeitpunkt auf diese prognostizierte Koordinatentransformation überführt wird. Für die Bestimmung der prognostizierten Koordinatentransformation können insbesondere Modelle, wie sie aus so genannten Beobachtern aus der Regelungstechnik bekannt geworden sind, eingesetzt werden. Meist wird B mit B≥3 oder B≥5 oder B≥10 gewählt. Falls die prognostizierte Koordinatentransformation im Rahmen eines geplanten Bestimmungsintervalls als Zieltransformation nicht erreichbar ist, beispielsweise weil für die geplante Anzahl von Aktualisierungen und eine maximale Verstellung der programmierten Koordinatentransformation je Aktualisierung die Ausgangs-Abweichung zu groß ist, kann in einer Alternative auch als Zieltransformation eine Koordinatentransformation gewählt werden, die zwischen der prognostizierten Koordinatentransformation und der Koordinatentransformation, die der aktuellen Bestimmung zugrunde lag, liegt.
Eine Untervariante dieser Weiterentwicklung sieht vor, dass die prognostizierte Koordinatentransformation mittels einer Trendanalyse ermittelt wird. Dadurch können langsame, aber gleichmäßige Veränderungen der Ausrichtung von Scannern, wie sie beispielsweise meist durch Erwärmungsprozesse während der Abarbeitung einer Beladung der Bauplattform auftreten, recht genau kompensiert werden.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Trendanalyse eine Regression der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation der aktuellen Bestimmung und der wenigstens B, mit B≥2, zuvor bestimmten, momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen umfasst. Eine Regression ist besonders einfach durchzuführen. Die Regression kann insbesondere eine lineare Regression, polynominale Regression oder exponentielle Regression sein. Im Falle einer polynominalen Regression sind (je Koordinatenrichtung) meist vier oder weniger Ordnungen, und oft auch drei oder weniger Ordnungen, und in manchen Fällen sogar zwei Ordnungen, ausreichend.
In einer anderen Untervariante ist vorgesehen, dass die Ziel-Koordinatentransformation als ein Mittelwert der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation der aktuellen Bestimmung und der wenigstens B, mit B≥2, zuvor bestimmten, momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen bestimmt wird. Mit anderen Worten, es wird angenommen, dass die tatsächliche Koordinatentransformation um den Mittelwert schwankt, und sich in Zukunft als Prognose wieder dem Mittelwert annähert. Dieses Vorgehen ist vergleichsweise einfach. Es führt zu guten Ergebnissen, wenn die herangezogenen, momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen vor allem statistisch schwanken, beispielsweise aufgrund von sich unsystematisch und schnell ändernden äußeren Bedingungen, oder auch enthaltenen statistischen Messfehlern. Man beachte, dass für jeden der wenigstens N-1 Scanner grundsätzlich ein eigener Mittelwert bestimmt wird.
Besonders bevorzugt ist eine Variante, bei der die mehreren Aktualisierungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen jeweils nach Fertigung einer gleich großen Anzahl von Schichten erfolgen. Dies trägt dazu bei, die programmierten Koordinatentransformationen besonders sanft nachzuführen, und eine gute Qualität des gefertigten Objekts zu erhalten.
Bevorzugt ist auch eine Variante, bei der die mehreren Aktualisierungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen jeweils nach Fertigung genau einer Schicht erfolgen. Mit anderen Worten, eine Aktualisierung gilt nur jeweils für eine einzige zu fertigende Schicht. Dadurch kann die Nachführung besonders genau erfolgen.
Weiterhin bevorzugt ist eine Variante, bei der die mehreren Aktualisierungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen gleichmäßig auf die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen gefertigten Schichten verteilt werden. Mit anderen Worten, es wird der gesamte Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen zum Nachführen der programmierten Koordinatentransformationen genutzt und die Aktualisierungen erfolgen in (zumindest näherungsweise) gleichen Abständen. Dadurch kann ebenfalls dazu beigetragen werden, die Nachführung besonders sanft einzurichten. Bevorzugt erfolgt zwischen zwei Bestimmungen eine Anzahl von A Aktualisierungen, mit A≥2, wobei eine Aktualisierung jeweils nach Fertigung von M/A Schichten erfolgt, mit M/A: eine ganze Zahl. Typischerweise sind auch je Aktualisierung gleiche (hinzutretende) Abweichungsanteile für die Korrektur der programmierten Koordinatentransformation vorgesehen.
Besonders bevorzugt ist eine Variante, bei der die Anzahl M von gefertigten Schichten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen während der Fertigung des wenigstens einen Objekts veränderlich ist. Dadurch kann die Häufigkeit von Bestimmungen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen an die bei der konkreten Anwendung bestehenden Bedürfnisse angepasst und optimiert werden, insbesondere in Hinblick auf eine (vorgegebene oder möglichst gute) Fertigungsgenauigkeit und einen (möglichst niedrigen oder vorgegebenen) Anteil von Nebenzeit für Messungen. Falls gewünscht, kann M in Abhängigkeit von zeitlichen Veränderungen von Messwerten (zB Druck oder Temperatur) innerhalb und/oder in der Umgebung der 3D-Druckanlage gewählt werden; wenn beispielsweise eine starke Veränderung eines Messwerts (der typischerweise mit einer starken Verstellung der Scanner einhergeht) beobachtet wird, sollte M kleiner gewählt werden als bei einer geringen Veränderung.
Bevorzugt ist weiterhin eine Weiterentwicklung dieser Variante, die vorsieht, dass die Anzahl M von gefertigten Schichten oder ein gleitender Durchschnitt Mgld der Anzahl M von gefertigten Schichten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen zu Beginn der schichtweisen Fertigung des wenigstens einen Objekts geringer gewählt ist als im weiteren Verlauf der schichtweisen Fertigung des wenigstens einen Objekts. Erfahrungsgemäß finden zu Beginn der Fertigung (also nach Bereitstellung der frischen Bauplattform in der Beschichtungskammer) zunächst noch Einschwingprozesse statt, die stärkere Veränderungen der Ausrichtung der Scanner erwarten lassen, so dass für eine genaue Nachführung eine häufigere Kontrolle der Koordinatentransformationen empfehlenswert ist. Im späteren Verlauf der Fertigung, typischerweise wenn ein vorgegebener Anteil der Schichten (der beispielsweise zwischen 10% und 35% der Schichten gewählt ist) oder eine vorgegebene Mindestzahl von Schichten (die beispielsweise zu 100 oder größer gewählt ist, bevorzugt zu 200 oder größer gewählt ist) oder Schichten während einer vorgegebene Mindestzeit seit Fertigungsbeginn (die beispielsweise zwischen 1 h und 3 h gewählt ist) auf der Bauplattform gefertigt sind, treten nur noch kleine Veränderungen auf, die mit weniger häufigen Kontrollen der Koordinatentransformation gut nachgeführt werden können. Der gleitende Durchschnitt Mgld kann beispielsweise über jeweils 4 oder mehr, bevorzugt 8 oder mehr, und weiter beispielsweise über jeweils 24 oder weniger, und bevorzugt 12 oder weniger, Bestimmungs-Intervalle (also Werte von M, typischerweise zuletzt zurückliegende Werte von M) gebildet werden.
Bevorzugt ist auch eine Weiterentwicklung, bei der die Anzahl M von zu fertigenden Schichten zwischen einer aktuellen Bestimmung und einer nächsten Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation abhängig davon gewählt wird, wie groß für die wenigstens N-1 Scanner jeweils eine Nachbar-Abweichung zwischen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation der aktuellen Bestimmung und der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation der Bestimmung, die der aktuellen Bestimmung vorausging, ist. Dadurch kann flexibel auf während der Fertigung auftretende Störeinflüsse reagiert werden.
In einer bevorzugten Untervariante dieser Weiterentwicklung wird die Anzahl M von zu fertigenden Schichten umso kleiner gewählt, umso größer für die wenigstens N-1 Scanner die Nachbar-Abweichung ist. Durch das vorgeschlagene Vorgehen können die Änderungen der programmierten Koordinatentransformationen je Bestimmungs-Intervall gering gehalten werden, ohne das Bestimmungs-Intervall unnötig kurz zu wählen. Typischerweise wird für die betragsmäßigen NachbarAbweichungen der Koordinatentransformationen der wenigstens N-1 Scanner ein Mittelwert gebildet, oder es wird die jeweils größte Abweichung, die bei den N-1 Scannern auftritt ermittelt, und für die Größenabschätzung herangezogen.
Bevorzugt ist eine Variante, die vorsieht, dass einer der N Scanner als Führungsscanner gewählt wird, dass das Scannerkoordinatensystem des Führungsscanners oder ein mit diesem Scannerkoordinatensystem in einer festen Beziehung stehenden, weiteren Koordinatensystem als Referenzkoordinatensystem gewählt wird, und dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen mehrere Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformationen lediglich der N-1 übrigen Scanner durchgeführt werden. Für den Führungsscanner entsprechen in der ersten Alternative die Belichtungsdaten im Scannerkoordinatensystem gleichzeitig den Belichtungsdaten im Referenzkoordinatensystem, so dass durch die Auswahl des Führungsscanners gleichzeitig die zugehörige programmierte Koordinatentransformation des Führungsscanners auf eine identische Abbildung festgelegt ist. In einer zweiten Alternative steht das Scannerkoordinatensystem des Führungsscanners in einer (für die Beschickung der Bauplattform) festen Beziehung mit dem weiteren Koordinatensystem (Referenzkoordinatensystem), so dass die Belichtungsdaten aus dem weiteren Koordinatensystem mit einer festen programmierten Koordinatentransformation in das Scannerkoordinatensystem umgerechnet werden. Bspw. kann das weitere Koordinatensystem das Maschinenkoordinatensystem umfassen, bzw. mit diesem identisch sein. Die programmierte Koordinatentransformation des Führungsscanners (also z.B. die identische Abbildung) wird zwischen zwei Bestimmungen nicht aktualisiert. Die Koordinatentransformationen der übrigen N-1 Scanner sind relativ zum Führungsscanner bzw. relativ zu dessen Scannerkoordinatensystem definiert, und die Koordinatentransformationen der übrigen N-1 Scanner werden zwischen zwei Bestimmungen jeweils mehrfach aktualisiert. Dieses Vorgehen ist besonders einfach und zuverlässig. Störungen am Messsystem betreffen Messpunkte aller Scannersysteme (Führungsscanner und übrige Scanner) in der Regel gleichermaßen und bleiben daher ohne Auswirkung für die (relative) Nachführung der N-1 übrigen Scanner. Man beachte jedoch, dass bei diesem Vorgehen etwaige Veränderungen in der relativen Ausrichtung des Führungsscanners zur Bauplattform während der Fertigung des wenigstens einen Objekts unerkannt bleiben und nicht nachgeführt werden. Man beachte weiterhin, dass in einer 3D-Druckanlage im Rahmen der Erfindung auch mehrere Sets von N Scannern eingerichtet sein können (mit N≥2,wobei N für verschiedene Sets unterschiedlich sein kann), wobei jedes Set einen eigenen Führungsscanner umfasst, und die Koordinatentransformationen der übrigen Scanner des jeweiligen Sets werden auf den zugehörigen Führungsscanner bzw. bezüglich dessen Referenzkoordinatensystem nachgeführt.
In einer alternativen Variante ist vorgesehen, dass das Referenzkoordinatensystem ein Maschinenkoordinatensystem einer Bearbeitungsmaschine ist, die die N Scanner und die Bauplattform umfasst, und dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation mehrere Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformationen der N Scanner durchgeführt werden. Bei diesem Vorgehen können Veränderungen der Ausrichtung aller Scanner erkannt werden und über Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformationen der Scanner kompensiert werden. Allerdings sollte hier das Messsystem an der Bearbeitungsmaschine besonders stabil sein und keine merklichen Störungen erfahren, die die Bestimmung von Messpunkten im Maschinenkoordinatensystem verfälschen könnten. Das Maschinenkoordinatensystem ist typischerweise direkt oder indirekt durch die Lage einer Maschinenkomponente definiert, wobei die Maschinenkomponente ortsfest an der Maschine ist oder zumindest für eine jeweilige Bestimmung an eine definierte (typischerweise im Rahmen der Zustellgenauigkeit immer gleiche) Position gefahren wird, beispielsweise mit dem Beschicker. Insbesondere kann das Maschinenkoordinatensystem über eine mit den Scannern bei einer Messung abgetastete Struktur definiert sein, insbesondere über einen Retroreflektor, etwa eine Reflektorkugel, oder auch über eine von einer Maschinenkomponente erzeugte Messstruktur, beispielsweise ein Lichtkreuz eines Justagelasers, definiert sein.
Bevorzugt ist eine Variante, bei der die programmierten Koordinatentransformationen und die momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen lediglich eine Verschiebungsinformation in zwei orthogonale Richtungen umfassen. Die zwei orthogonalen Richtungen (x, y) liegen in der Regel in der Ebene der Bauplattform. Die Bestimmung der Verschiebungsinformation ist vergleichsweise einfach möglich und in der Praxis meist ausreichend, da Verdrehungen der Scanner in der Praxis meist gar nicht oder nur in geringem Umfang auftreten. Die Verschiebung wird auch als Versatz bezeichnet.
In einer alternativen Variante ist vorgesehen, dass die programmierten Koordinatentransformationen und die momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen eine Verschiebungsinformation in zwei orthogonale Richtungen sowie eine Drehungsinformation in einer Ebene, die durch die zwei orthogonalen Richtungen aufgespannt wird, umfassen. Die zwei orthogonalen Richtungen (x, y) liegen in der Regel in der Ebene der Bauplattform, und die Drehung erfolgt um die dazu orthogonale Richtung (z). Durch Berücksichtigung einer Verdrehung der Scanner kann die programmierte Koordinatentransformation besonders genau nachgeführt werden.
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch eine Anlage zur schichtweisen Fertigung wenigstens eines Objekts auf einer Bauplattform durch lokale Verfestigung von pulverförmigem Material in einer jeweiligen Schicht, umfassend eine Bauplattform, N Scanner, mit N≥2,und eine Steuereinrichtung, eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen, oben beschriebenen Verfahrens. Mit der erfindungsgemäßen Anlage kann in einer jeweiligen Beschickung einer Bauplattform das wenigstens eine Objekt mit mehreren Scannern bzw. zugehörigen Hochenergiestrahlen mit hoher Qualität und mit niedrigen Nebenzeiten gefertigt werden.
Ebenfalls fällt in den Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das bei Anwendung auf einer Anlage zur schichtweisen Fertigung wenigstens eines Objekts auf einer Bauplattform durch lokale Verfestigung von pulverförmigem Material in einer jeweiligen Schicht ein erfindungsgemäßes, oben beschriebenes Verfahren ausführt.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer beispielhaften Anlage, auf der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann und mit der ein Objekt auf einer Bauplattform gefertigt wird;
2 erläutert anhand eines Ablaufdiagramms die Fertigung einer Schicht des zu fertigenden Objekts, für die Erfindung;
3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Ziel-Koordinatentransformation der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation der aktuellen Bestimmung entspricht;
4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Ziel-Koordinatentransformation der prognostizierten Koordinatentransformation entspricht;
5 erläutert anhand von vier Schichtdiagrammen vier weitere Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit Variationen nach wie vielen gefertigten Schichten eine Bestimmung durchgeführt wird und mit Variationen der Zahl und Verteilung der Aktualisierungen zwischen zwei Bestimmungen;
6 zeigt beispielhaft die Durchführung einer siebten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem Schichtdiagram, Beispielrechnungen und einer Auswahltabelle;
7a zeigt anhand eines Diagramms für eine achte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bestimmung der prognostizierten Koordinatentransformation mittels einer polynominalen Regression;
7b zeigt anhand eines Diagramms für eine neunte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bestimmung der prognostizierten Koordinatentransformation mittels einer linearen Regression;
8 zeigt anhand eines Diagramms für eine zehnte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bestimmung der prognostizierten Koordinatentransformation mittels der Bildung eines Mittelwerts.

1 zeigt schematisch eine Anlage 1, umfassend eine Bearbeitungsmaschine 1a und eine Steuereinrichtung 10, für die Erfindung. Mit der Anlage 1 wird ein dreidimensionales Objekt 2 aus einem pulverförmigen Material 3 gefertigt. Auf der Anlage 1 kann ein Computerprogrammprodukt angewendet werden, welches das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Die Bearbeitungsmaschine 1a umfasst eine Bearbeitungskammer 4, die innerhalb eines Gehäuses liegt. Hier schematisch vom Gehäuse gezeigt ist eine Abdeckung 5a mit weiteren Bauteilen (siehe unten) und ein Boden 5b, die die Bearbeitungskammer 4 begrenzen. Die Bearbeitungskammer 4 wird hier weiterhin durch Seitenwände und eine Rückwand begrenzt (nicht näher dargestellt). Über eine Zugangstür (nicht näher dargestellt) kann auf die Bearbeitungskammer 4 zugegriffen werden.
Der Fertigungsprozess wird auf einer Bauplattform 6 durchgeführt. Die Bauplattform 6 kann entlang einer Achse in einer Richtung Z gegenüber dem Boden 5b abgesenkt werden, um nach und nach neue Lagen pulverförmigen Materials 3 zur schichtweisen Fertigung des Objekts 2 auf der Bauplattform 6 anzuordnen; das Auftragen des pulverförmigen Materials 3 erfolgt mit einem nicht näher dargestellten Beschicker. In 1 ist die Bauplattform 6 bereits gegenüber dem Boden 5b abgesenkt.
Zur Fertigung des Objekts 2, hier eines Prototyps 2a, wird eine oberste Schicht 7 des pulverförmigen Materials 3 mit hier zwei Hochenergiestrahlen 8a, 8b, hier Laserstrahlen, die von den hier zwei Scannern 9a, 9b auf die oberste Schicht 7 gelenkt werden, bestrahlt. Die Scanner 9a, 9b umfassen hier verkippbare Spiegel (nicht näher dargestellt) Die Hochenergiestrahlen 8a, 8b werden auf vorbestimmte Positionen im pulverförmigen Material 3 gelenkt. Die Hochenergiestrahlen 8a, 8b werden vom pulverförmigen Material 3 absorbiert. Das pulverförmige Material 3 schmilzt und verfestigt sich wieder, wenn es nicht mehr bestrahlt wird. Das verfestigte Material bildet dann einen weiteren Teil des zu fertigenden Objekts 2.
Die zwei Scanner 9a, 9b sind mit der Steuereinrichtung 10 verbunden. Für eine Belichtung einer jeweiligen Schicht 7 stellt die Steuereinrichtung 10 für jeden Scanner 9a, 9b Belichtungsdaten eines Bearbeitungsmusters in einem Referenzkoordinatensystem zur Verfügung. Die Steuereinrichtung 10 kann diese Belichtungsdaten aus CAD-Daten des zu fertigenden Objekts 2 ermitteln. Den Scannern 9a, 9b ist jeweils ein Scannerkoordinatensystem zugeordnet. In 1 entspricht das Referenzkoordinatensystem dem Scannerkoordinatensystem von Scanner 9a. Scanner 9a wird dann als Führungsscanner 11 bezeichnet. Alternativ kann auch ein Maschinenkoordinatensystem der Bearbeitungsmaschine 1a als Referenzkoordinatensystem gewählt werden.
In der Steuereinrichtung 10 werden für einen jeweiligen Scanner die Belichtungsdaten im Referenzkoordinatensystem mittels einer programmierten Koordinatentransformation in Belichtungsdaten im Scannerkoordinatensystem umgerechnet. Für das Scannerkoordinatensystem des Führungsscanners 11 sind die Belichtungsdaten im Referenzkoordinatensystem und im Scannerkoordinatensystem identisch. Für das Scannerkoordinatensystem des Scanners 9b weichen die Belichtungsdaten im Referenzkoordinatensystem von denen im Scannerkoordinatensystem ab. Die Belichtungsdaten werden im jeweiligen Scannerkoordinatensystem an den zugehörigen Scanner 9a, 9b weitergegeben. Die Scanner 9a, 9b belichten dann auf der Bauplattform 6 in der Schicht 7 das Bearbeitungsmuster.
Die Bearbeitungsmaschine 1a umfasst in 1 weiterhin eine Überwachungseinrichtung 12, hier eine Kamera 12a, mit der die Fertigung überwacht wird. Die Überwachungseinrichtung 12 ist mit der Steuereinrichtung 10 verbunden. Während der Fertigung des Objekts 2 werden mittels der Kamera 12a Messungen wiederholt durchgeführt. Durch diese wiederholt vorgenommenen Messungen erfolgen wiederholte Bestimmungen der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformation von Scanner 9b. Die momentane tatsächliche Koordinatentransformation von Scanner 9b kann dabei von der programmierten Koordinatentransformation, die der zugehörigen Bestimmung zugrunde lag, abweichen, da sich in der Bearbeitungskammer 4 während der Fertigung die Umgebungsbedingungen und - einflüsse ändern können (beispielsweise kann sich die Bearbeitungskammer 4 während der Bearbeitung aufheizen oder es kann eine Veränderung im Differenzdruck oder bei der Luftfeuchtigkeit auftreten). Hierdurch kann sich Scanner 9b bzw. dessen Scannerkoordinatensystem relativ zum Führungsscanner 11 verschieben oder verdrehen. Zur Korrektur dieser Verschiebungen oder Verdrehungen wird unter Berücksichtigung der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformation von Scanner 9b die programmierte Koordinatentransformation von Scanner 9b aktualisiert.
Man beachte, dass für den Fall, dass das Referenzkoordinatensystem ein Maschinenkoordinatensystem ist, die momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen für alle Scanner (9a, 9b) durch wiederholte Messungen wiederholt bestimmt und aktualisiert werden.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm, in dem erläutert ist, wie die Fertigung einer einzelnen Schicht eines zu fertigenden Objekts im Rahmen der Erfindung erfolgt. Die Steuerung der Fertigung erfolgt über die Steuereinrichtung.
Zu Beginn erfolgt in einem Schritt 100 die Planung zur Belichtung einer Schicht des pulverförmigen Materials, um eine Schicht des Objekts zu fertigen. Hierzu wird ermittelt, welche Flächenbereiche der gesamten Schicht des pulverförmigen Materials mit den Hochenergiestrahlen der Scanner belichtet werden müssen, um die entsprechende Schicht des Objekts zu fertigen (Schichtbearbeitungsfläche). Die Schichtbearbeitungsfläche ergibt sich im Wesentlichen aus den CAD-Daten des Objekts und der Lage der aktuellen Schicht im Objekt.
In einem nächsten Schritt 101 wird die Schichtbearbeitungsfläche auf die N Scanner verteilt, die an der Fertigung des Objekts beteiligt sind. Entsprechend werden N Bearbeitungsmuster für die N Scanner ermittelt. Typischerweise erfolgt die Aufteilung auf die N Bearbeitungsmuster so, dass die Bearbeitungszeit jeden Scanners möglichst gleich lang ist. Die folgenden Schritte 102, 103, 104 erfolgen separat für jeden der N Scanner.
In Schritt 102 werden die Belichtungsdaten (Sollposition des Strahlflecks des Hochenergiestrahls für eine Vielzahl von Zeitpunkten) des jeweiligen Bearbeitungsmusters des jeweiligen Scanners zunächst im Referenzkoordinatensystem zur Verfügung gestellt.
Im darauf folgenden Schritt 103 werden die Belichtungsdaten im Referenzkoordinatensystem in Belichtungsdaten im Scannerkoordinatensystem des jeweiligen Scanners umgerechnet. Die Umrechnung erfolgt mittels der programmierten Koordinatentransformation für diesen Scanner.
In Schritt 104 werden die Belichtungsdaten im Scannerkoordinatensystem an den jeweiligen Scanner angewiesen (zur Ausführung übergeben).
Daraufhin wird in Schritt 105 mit den N Scannern die Schicht auf der Bauplattform belichtet und die entsprechende Schicht des Objekts gefertigt.
Nach Abschluss der Belichtung wird mit der Fertigung der nächsten Schicht fortgefahren (der Ablauf beginnt wieder bei Schritt 100).
Im Rahmen der Erfindung werden die programmierten Koordinatentransformationen in bestimmter Weise aktualisiert, wie nachfolgend beschrieben wird.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wenn das Referenzkoordinatensystem als Maschinenkoordinatensystem festgelegt ist, wird dieser Ablauf auf alle N Scanner angewandt. Wenn das Referenzkoordinatensystem als Scannerkoordinatensystem eines Führungsscanners festgelegt ist, wird dieser Ablauf auf N-1 Scanner (also alle Scanner außer dem Führungsscanner) angewandt.
In einem Schritt 200 wurden in der dargestellten Variante bereits Schichten auf der Bauplattform gefertigt und das zu fertigende Objekt entsprechend bereits teilweise gefertigt. Dies kann als bisherige Fertigung bezeichnet werden.
In einem nächsten Schritt 201 erfolgt die aktuelle Bestimmung einer momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT_AB des Scanners. Dabei wird der Scanner in einer Messung benutzt, wobei ein oder mehrere Messpunkte mit dem Hochenergiestrahl erzeugt wurden, wobei bekannte Koordinaten im Referenzkoordinatensystem vorgegeben wurden, die mit einer der aktuellen Bestimmung zugrundeliegenden, programmierten Koordinatentransformation PKT_AB in Koordinaten des Scannerkoordinatensystems umgerechnet und dem Scanner angewiesen wurden. Der tatsächliche Ort des oder der Messpunkte wurde sodann im Referenzkoordinatensystem gemessen („tatsächliche Koordinaten“). Die momentane, tatsächliche Koordinatentransformation MTKT_AB kann dann aus der programmierten Koordinatentransformation PKT_AB der aktuellen Bestimmung zuzüglich einer Abweichung, sofern vorhanden, der vorgegebenen bekannten Koordinaten von den gemessenen, tatsächlichen Koordinaten ermittelt werden. Typischerweise wird sich während der Fertigung aufgrund der Änderung der Umgebungsbedingungen in der Bearbeitungskammer und die hierdurch einhergehenden Verstellungen (Verschiebungen und ggf. auch Verdrehungen) der Scanner zueinander oder auch der Scanner zur Bearbeitungsmaschine die momentane, tatsächliche Koordinatentransformation MTKT_AB von der zeitlich zuvor programmierten Koordinatentransformation PKT_AB unterscheiden.
Um eine Korrektur dieser Verstellungen vorzunehmen wird in Schritt 202 eine Ziel-Koordinatentransformation ZKT ermittelt. In der hier gezeigten Variante wird die Zielkoordinatentransformation ZKT mit der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT_AB der aktuellen Bestimmung gleichgesetzt. Es gilt also $ZKT = {MTKT}_{AB} .$
Man beachte, dass die Koordinatentransformation Werte für jede Koordinatenrichtung (x, y) und ggf. auch eine Drehung (φ) umfassen, die einzeln betrachtet werden können, hier aber zur Vereinfachung in der Darstellung zu einem Formelzeichen zusammengefasst sind.
In Schritt 203 wird dann eine Ausgangsabweichung AUS ermittelt. Die Ausgangsabweichung AUS ergibt sich durch $AUS = ZKT - {PKT}_{AB}$
und gibt an, wie groß die Abweichung der Zielkoordinatentransformation ZKT von der programmierten Koordinatentransformation PKT_AB ist.
Im darauf folgenden Schritt 204 wird die ermittelte Ausgangsabweichung AUS auf Abweichungsanteile ABW_i für A Aktualisierungen aufgeteilt, mit i= 1,...,A, mit i=Aktualisierungsindex. Es gilt dann $AUS = \sum_{i = 1}^{A} A B W_{i},$
d. h. die Summe aller Abweichungsanteile ABW_i ergibt die Ausgangsabweichung AUS. Weiterhin werden die M zu fertigenden Schichten, die bis zur nächsten Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation gefertigt werden sollen, auf A Fertigungsblöcke mit jeweils m_i Schichten für die A Aktualisierungen aufgeteilt. Es gilt dann $M = \sum_{i = 1}^{A} m_{i} .$
In Schritt 205.1 erfolgt die Bestimmung einer neuen programmierten Koordinatentransformation PKT₁ nach der ersten Aktualisierung j=1 (mit j=1,...,A, und j: Index der aktuellen Aktualisierung). Die programmierte Koordinatentransformation PKT₁ ergibt sich wie folgt: ${PKT}_{1} = {PKT}_{AB} + {ABW}_{1} .$
Die neue programmierte Koordinatentransformation PKT₁ ersetzt die letztgültige programmierte Koordinatentransformation (hier PKT_AB) und wird in der Steuereinrichtung abgespeichert. Die solchermaßen aktualisierte, programmierte Koordinatentransformation PKT₁ wird dann zur Fertigung der m₁ Schichten des zur ersten Aktualisierung gehörenden Fertigungsblocks eingesetzt.
Entsprechend wird für die weiteren Aktualisierungen verfahren. Schritt 205.j zeigt den allgemeinen Fall der Bestimmung einer programmierten Koordinatentransformation PKT_j und der Fertigung des Fertigungsblocks der m_j Schichten nach Aktualisierung j. Die programmierte Koordinatentransformation PKT_j ergibt sich wie folgt: ${PKT}_{j} = {PKT}_{j - 1} + {ABW}_{j}$
was gleichbedeutend ist mit ${PKT}_{j} = {PKT}_{1} + \sum_{i = 1}^{j} A B W_{i} .$
Die programmierte Koordinatentransformation PKT_j wird abgespeichert und dann angewandt bei der Fertigung der m_j Schichten des zur Aktualisierung j gehörenden Fertigungsblocks.
In Schritt 205.A erfolgt die Bestimmung einer programmierten Koordinatentransformation PKT_A nach der letzten Aktualisierung j=A. Die programmierte Koordinatentransformation PKT_A ergibt sich wie folgt: ${PKT}_{A} = {PKT}_{A - 1} + {ABW}_{A}$
was gleichbedeutend ist mit ${PKT}_{A} = {PKT}_{1} + \sum_{i = 1}^{A} A B W_{i} .$
Die programmierte Koordinatentransformation PKT_A wird abgespeichert und angewandt bei der Fertigung der m_A Schichten des zur letzten Aktualisierung j=A gehörenden Fertigungsblocks.
Es folgt Schritt 206, in dem die nächste Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation durchgeführt wird. Im Folgenden können weitere Schichten gefertigt und die programmierte Koordinatentransformation aktualisiert werden wie in den Schritten 202-205.A beschrieben, und weitere Bestimmungen der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformation erfolgen, und so fort.
Dies ist in Schritt 207 zusammengefasst. Die Fertigung wird fortgesetzt, d. h. die Schritte 201 bis 205.A werden wiederholt, bis das Objekt fertig ist. In Schritt 208 wird die Bearbeitung des zu fertigenden Objekts auf der Bauplattform beendet.
Während des Ablaufs der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens finden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen mehrere Aktualisierungen (Anzahl A) einer programmierten Koordinatentransformation PKT statt. Hierdurch können aufgelaufene Verstellungen eines Scanners in kleine Einzelkorrekturen aufgeteilt werden und die programmierte Koordinatentransformation PKT des Scanners sanft nachgeführt werden. Dadurch kann die Qualität des zu fertigenden Objekts verbessert werden. Die Gleichsetzung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT_AB der aktuellen Bestimmung mit der Ziel-Koordinatentransformation ZKT ist einfach umzusetzen und ergibt eine gute Qualität des zu fertigenden Objekts.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wenn das Referenzkoordinatensystem als Maschinenkoordinatensystem festgelegt ist, wird dieser Ablauf auf alle N Scanner angewandt. Wenn das Referenzkoordinatensystem als Scannerkoordinatensystem eines Führungsscanners festgelegt ist, wird dieser Ablauf auf N-1 Scanner (also alle Scanner außer dem Führungsscanner) angewandt. Der Ablauf der zweiten Variante entspricht weitgehend dem Ablauf der ersten Variante (siehe 3), sodass hier nur die wesentlichen Unterschiede erläutert werden.
In einem Schritt 300 wurden bereits Schichten auf der Bauplattform gefertigt und das zu fertigende Objekt bereits teilweise gefertigt. Dies kann als bisherige Fertigung bezeichnet werden. Während der bisherigen Fertigung wurden bereits mehr momentane, tatsächliche Koordinatentransformationen des Scanners bestimmt, vgl. Schritt 300.a. Die B (mit B≥2) zuletzt bestimmten, momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen MTKT_ZB,k mit k=1,...,B und k: Zählindex, sind in der Steuereinrichtung hinterlegt, zusammen mit dem Zeitpunkt ihrer Bestimmung.
In einem nächsten Schritt 301 erfolgt die aktuelle Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT_AB des Scanners.
In Schritt 302 wird die Ziel-Koordinatentransformation ZKT festgelegt. In der hier gezeigten Variante wird dafür zuerst eine prognostizierte Koordinatentransformation PNSKT ermittelt. Die prognostizierte Koordinatentransformation ist eine Funktion der aktuell bestimmten, momentanen tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT_AB und der weiteren zuvor bestimmten, momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen MTKT_ZB,k, mit k=1,...,B (vorhergehender Schritt 300.a). Die prognostizierte Koordinatentransformation PNSKT wird also bestimmt über $PNSKT = f ({MTKT}_{AB}, {MTKT}_{ZB,1,} \dots {,MTKT}_{ZB,B}) .$
Dabei deutet feine Prognosefunktion an. Die prognostizierte Koordinatentransformation PNSKT kann beispielsweise über eine Trendanalyse (z. B. einer Regression, siehe 7a, 7b) oder über die Bestimmung eines Mittelwerts (siehe 8) ermittelt werden. Die Zielkoordinatentransformation ZKT wird dann mit der prognostizierten Koordinatentransformation PNSKT gleichgesetzt. Es gilt also $ZKT = PNSKT .$
Mit der solchermaßen bestimmten Zielkoordinatentransformation ZKT können dann bis zur nächsten Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation 306 unter Vornahme von A Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformation auf Werte PKT_j A Fertigungsblöcke von jeweils m_j Schichten gefertigt werden, mit j=1,...,A, wie in den Schritten 303-305.A beschrieben. Die Schritte 303-308 entsprechen den Schritten 203-208 (siehe oben).
Während des Ablaufs der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens finden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen mehrere Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformation PKT statt. Hierdurch können aufgelaufene und auch erwartete Verstellungen eines Scanners in kleine Einzelkorrekturen aufgeteilt werden und die programmierte Koordinatentransformation PKT des Scanners sanft nachgeführt werden. Dadurch kann die Qualität des zu fertigenden Objekts verbessert werden. Die Gleichsetzung der prognostizierten Koordinatentransformation PNSKT mit der Ziel-Koordinatentransformation ZKT ermöglicht ein wirkungsvolles Entgegentreten gegenüber zukünftigen Entwicklungen der Verstellung der Scanner. Eine gute Qualität des zu fertigenden Objekts kann erreicht werden.
5 zeigt weitere Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand verschiedener Schichtdiagramme für einen einzelnen Scanner. Die Schichtdiagramme sind gegenüber der Zeit t aufgetragen und zeigen jeweils Indexzahlen der jeweiligen Schichten (arabische Zahlen), die zwischen zwei Bestimmungen (Bestimmungen sind als gestrichelte Linien dargestellt) der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformation gefertigt werden, sowie die Anzahl und Verteilung der Aktualisierungen (Aktualisierungen sind als gepunktete Linien dargestellt) der programmierten Koordinatentransformation, die zwischen zwei Bestimmungen durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass jeweils nur charakteristische Bestimmungsintervalle gezeigt werden, und nicht die gesamte Fertigung in einer Beschickung der Bauplattform.
Teilbild a) zeigt eine dritte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Bestimmung der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformation erfolgt zu den Zeitpunkten tia, t2a und t3a. Zwischen den Zeitpunkten t1a und t2a und zwischen den Zeitpunkten t2a und t3a werden jeweils fünf Schichten (M=5) des zu fertigenden Objekts gefertigt. Nach jeder gefertigten Schicht wird eine Aktualisierung vorgenommen; es werden also jeweils fünf Aktualisierungen zwischen den Zeitpunkten t1a und t2a und zwischen den Zeitpunkten t2a und t3a vorgenommen.
Nach der Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation zum Zeitpunkt t1a wird die Ausgangsabweichung ermittelt und hier in fünf gleich große Abweichungsanteile aufgeteilt, die auf die fünf Aktualisierungen bis zur nächsten Bestimmung zum Zeitpunkt t2a aufgeteilt werden. Es wird dann die erste Aktualisierung der programmierten Koordinatentransformation durchgeführt und Schicht Nr. 1 wird gefertigt. Zwischen Schicht Nr. 1 und Schicht Nr. 2 wird die programmierte Koordinatentransformation wieder aktualisiert und Schicht Nr. 2 wird gefertigt. Die Schichten Nr. 3 bis Nr. 5 werden analog gefertigt. Nach Fertigung von Schicht Nr. 5 erfolgt die Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation zum Zeitpunkt t2a.
Die Fertigung der Schichten Nr. 1 bis Nr. 5 zwischen den Zeitpunkten t2a und t3a erfolgt analog zur Fertigung der Schichten Nr. 1 bis Nr. 5 zwischen den Zeitpunkten t1a und t2a.
In dieser Variante erfolgen die Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformation in gleichen Abständen in besonders kleinen Schritten.
Teilbild b) zeigt eine vierte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Bestimmung der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformation erfolgt zu den Zeitpunkten tib, t2b und t3b. Zwischen den Zeitpunkten t1b und t2b und zwischen den Zeitpunkten t2b und t3b werden jeweils acht Schichten (M=8) gefertigt. Die Schichten werden hier jeweils in Fertigungsblöcke von zwei Schichten pro Fertigungsblock eingeteilt. Nach einem gefertigten Fertigungsblock wird eine Aktualisierung vorgenommen; es werden also jeweils vier Aktualisierungen zwischen den Zeitpunkten t1a und t2a und zwischen den Zeitpunkten t2a und t3a vorgenommen.
Nach der Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation zum Zeitpunkt t1b wird die Ausgangsabweichung ermittelt und hier in vier gleich große Abweichungsanteile aufgeteilt, die auf die vier Aktualisierungen bis zur nächsten Bestimmung zum Zeitpunkt t2b aufgeteilt werden. Es wird dann die erste Aktualisierung der programmierten Koordinatentransformation durchgeführt und die Schichten Nr. 1 und Nr. 2 werden gefertigt. Zwischen Schicht Nr. 2 und Schicht Nr. 3 wird die programmierte Koordinatentransformation wieder aktualisiert und die Schichten Nr. 3 und Nr. 4 werden gefertigt. Die Schichten Nr. 5 bis Nr. 8 werden analog gefertigt. Nach Fertigung von Schicht Nr. 8 erfolgt die Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation zum Zeitpunkt t2b.
Die Fertigung der Schichten Nr. 1 bis Nr. 8 zwischen den Zeitpunkten t2b und t3b erfolgt analog zur Fertigung der Schichten Nr. 1 bis Nr. 8 zwischen den Zeitpunkten t1b und t2b.
In dieser Variante erfolgen die Aktualisierungen ebenfalls in gleichen Abständen, aber weniger häufig als in der Variante von Teilbild a).
Teilbild c) zeigt eine fünfte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. In der hier gezeigten Variante hat die Fertigung des Objekts erst begonnen. Die Bestimmung der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformation erfolgt zu den Zeitpunkten tic, t2c, t3c und t4c. Zwischen den Zeitpunkten t1c und t2c und zwischen den Zeitpunkten t2c und t3c werden jeweils fünf Schichten gefertigt. Zwischen den Zeitpunkten t3c und t4c werden acht Schichten gefertigt. Nach jeder gefertigten Schicht wird eine Aktualisierung vorgenommen; es werden jeweils fünf Aktualisierungen zwischen den Zeitpunkten t1c und t2c und zwischen den Zeitpunkten t2c und t3c vorgenommen, und acht Aktualisierungen zwischen den Zeitpunkten t3c und t4c vorgenommen.
Nach der Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation zum Zeitpunkt t1c wird die Ausgangsabweichung ermittelt und hier in fünf gleich große Abweichungsanteile aufgeteilt, die auf die fünf Aktualisierungen bis zur nächsten Bestimmung zum Zeitpunkt t2c aufgeteilt werden (Bestimmungsintervall B11). Es wird dann die erste Aktualisierung der programmierten Koordinatentransformation durchgeführt und Schicht Nr. 1 wird gefertigt. Zwischen Schicht Nr. 1 und Schicht Nr. 2 wird die programmierte Koordinatentransformation wieder aktualisiert und Schicht Nr. 2 wird gefertigt. Die Schichten Nr. 3 bis Nr. 5 werden analog gefertigt. Nach Fertigung von Schicht Nr. 5 erfolgt die Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation zum Zeitpunkt t2c.
Die Fertigung der Schichten Nr. 1 bis Nr. 5 zwischen den Zeitpunkten t2c und t3c (Bestimmungsintervall B12) erfolgt analog zur Fertigung der Schichten Nr. 1 bis Nr. 5 zwischen den Zeitpunkten t1c und t2c.
Im weiteren Verlauf der schichtweisen Fertigung wird die Anzahl der gefertigten Schichten hier auf acht Schichten zwischen den Zeitpunkten t3c und t4c erhöht (Bestimmungsintervall B13). Nach der Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation zum Zeitpunkt t3c wird die Ausgangsabweichung ermittelt und hier in acht gleich große Abweichungsanteile aufgeteilt, die auf die acht Aktualisierungen bis zur nächsten Bestimmung zum Zeitpunkt t4c aufgeteilt werden. Es wird dann die erste Aktualisierung der programmierten Koordinatentransformation durchgeführt und Schicht Nr. 1 wird gefertigt. Zwischen Schicht Nr. 1 und Schicht Nr. 2 wird die programmierte Koordinatentransformation wieder aktualisiert und Schicht Nr. 2 wird gefertigt. Die Schichten Nr. 3 bis Nr. 8 werden analog gefertigt. Nach Fertigung von Schicht Nr. 8 erfolgt die Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation zum Zeitpunkt t4c.
Die Bestimmungsintervalle BI1 und BI2 stehen hier stellvertretend für frühe (zuerst abgearbeitete), kürzere Bestimmungsintervalle, und das Bestimmungsintervall BI3 für späte (später abgearbeitete), längere Bestimmungsintervalle. Zur Abarbeitung der gesamten Beschickungshöhe einer Bauplattform gehören allgemein typischerweise wenigstens 20 Bestimmungsintervalle, und oft wenigstens 40 Bestimmungsintervalle.
In dieser Variante kann eine genauere und zügigere Nachführung der programmierten Koordinatentransformation zu Beginn der Fertigung des Objekts erreicht werden. Typischerweise sind zu Beginn der Fertigung stärkere Veränderungen der Ausrichtung der Scanner zu erwarten, weshalb hier zu Beginn häufiger Bestimmungen stattfinden, um diese Veränderungen zu kontrollieren und den Veränderungen möglichst schnell und gezielt entgegenzutreten. Meist sind die späteren Bestimmungsintervalle wenigstens 1,5 mal so lang wie die früheren Bestimmungsintervalle, und oft auch wenigstens 2 mal so lang oder sogar wenigstens 3 mal so lang wie die früheren Bearbeitungsintervalle.
Teilbild d) zeigt eine sechste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Bestimmung der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformation erfolgt zu den Zeitpunkten t1d und t2d. Zwischen den Zeitpunkten t1d und t2d werden 16 Schichten gefertigt. Aktualisierungen werden nur zu Beginn, nämlich jeweils vor der Fertigung der Schichten Nr. 1 bis Nr. 5 vorgenommen; es werden also insgesamt fünf Aktualisierungen vorgenommen.
Nach der Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation zum Zeitpunkt t1d wird die Ausgangsabweichung ermittelt und hier in fünf gleich große Abweichungsanteile aufgeteilt, die auf die fünf Aktualisierungen aufgeteilt werden. Es wird dann die erste Aktualisierung der programmierten Koordinatentransformation durchgeführt und Schicht Nr. 1 wird gefertigt. Zwischen Schicht Nr. 1 und Schicht Nr. 2 wird die programmierte Koordinatentransformation wieder aktualisiert und Schicht Nr. 2 wird gefertigt. Die Schichten Nr. 3 bis Nr. 5 werden analog gefertigt. Nach Fertigung von Schicht Nr. 5 werden ohne weitere Aktualisierungen die Schichten Nr. 6 bis Nr. 16 gefertigt, bevor die nächste Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation zum Zeitpunkt t2d erfolgt.
In allen oben gezeigten Varianten wurde die Ausgangsabweichung zwischen zwei Bestimmungen immer in gleich große Abweichungsanteile aufgeteilt. Alternativ ist es auch möglich, unterschiedlich große Abweichungsanteile zwischen zwei Bestimmungen zu wählen (nicht näher dargestellt). Hierbei ist zu beachten, dass die Abweichungsanteile nicht zu groß gewählt sein dürfen, um eine Bildung von Stufen oder Versätzen bei der Fertigung des zu fertigenden Objekts zu vermeiden.
6 zeigt beispielhaft die Durchführung einer siebten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dieser Variante wird die jeweils bestimmte, momentane tatsächliche Koordinatentransformation mit der Ziel-Koordinatentransformation gleichgesetzt.
Teilbild a) zeigt ein Schichtdiagramm für einen einzelnen Scanner; die Darstellungsweise ist analog zu 5 (siehe oben).
Die Bestimmung der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformation erfolgt zu den Zeitpunkten t1, t2, t3 und t4. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 werden jeweils zehn Schichten gefertigt, zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 werden fünf Schichten gefertigt. Nach jeder gefertigten Schicht wird eine Aktualisierung vorgenommen; es werden also jeweils zehn Aktualisierungen zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 und fünf Aktualisierungen zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 vorgenommen.
In der hier gezeigten Variante wird die Zahl an Schichten, die zwischen den Bestimmungen gefertigt wird, anhand der Nachbarabweichungen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen zwischen benachbarten Zeitpunkten t1, t2, t3, t4 bestimmt. Die Nachbarabweichungen werden dabei anhand von Beträgen des Versatzes der Koordinatentransformationen bestimmt. Die genaue Vorgehensweise hierzu ist in den Teilbildern b) und c) näher erläutert.
Teilbild b) listet die bestimmte momentane tatsächliche Koordinatentransformation und die der Bestimmung zugrunde liegende programmierte Koordinatentransformation jeweils zu den Zeitpunkten t1 bis t4 für das gewählte Beispiel. Weiterhin gelistet ist die jeweilige Nachbarabweichung und der Betrag des Versatzes jeweils zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, t2 und t3 sowie t3 und t4. In der hier gezeigten Variante erfolgt die Bestimmung der jeweiligen Nachbarabweichungen NAB-W_tg/h, wie folgt: ${NABW}_{tg/h} = {MTKT}_{th} - {MTKT}_{tg}$
mit tg und th: benachbarte Zeitpunkte, und mit MTKT_tg und MTKT_th: Bestimmung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation zu den Zeitpunkten tg und th; h und g sind die Zeitindizes, mit hier h: 2,...,4 und g: 1,...,3.
In der hier gezeigten Variante werden die Koordinatentransformationen bzw. die zugehörigen Verschiebungsinformationen und die Nachbarabweichungen in eine Richtung x und in eine Richtung y betrachtet. Die x-Richtung und die y-Richtung sind orthogonal zueinander aufgespannt und liegen in der Ebene der Bauplattform. Die Bestimmung des Betrags des Versatzes BV_tg/h von Nachbarabweichungen zwischen den benachbarten Zeitpunkten tg und th wird folgendermaßen (über den Satz des Pythagoras) durchgeführt: ${BV}_{tg/h} = \sqrt{x {(N A B W_{t g / h})}^{2} + y {(N A B W_{t g / h})}^{2}}$
Teilbild c) zeigt eine Tabelle mit Auswahlkriterien für das gewählte Beispiel. Entsprechend dem Betrag des Versatzes wird das Bestimmungsintervall, also das Intervall von Schichten zwischen den Bestimmungen, angepasst. Hier sind die Auswahlkriterien so gewählt, dass bei BV≤5µm zwischen zwei Bestimmungen 15 Schichten gefertigt, dass bei 5µm<BV≤15µm zwischen zwei Bestimmungen zehn Schichten gefertigt werden und dass bei BV>15µm zwischen zwei Bestimmungen fünf Schichten gefertigt werden.
Anhand dreier Beispiele soll diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter erläutert werden.
Beispiel 1:
Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 wurden zehn Schichten gefertigt und zehn Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformation vorgenommen, wie aus Teilbild a) ersichtlich ist; dies wurde ohne Anwendung der Tabelle von Teilbild c) festgelegt. Ein Vergleich der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT_t1 zum Zeitpunkt t1 und der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT_t2 zum Zeitpunkt t2 ergibt eine Nachbarabweichung NABW_t1/2 für die x-Koordinate von x=12µm (da 17µm-5µm=12µm) und für die y-Koordinate von y=18µm (da 25µm-7µm=8µm). Für den Betrag des Versatzes BV_t1/2 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 folgt dann BV_t1/2=21,6µm (da $\sqrt{{(12 μ m)}^{2} + {(18 μ m)}^{2}} = 21,6 μ m$
). Dieser Versatz ist recht groß. Nach dem Auswahlkriterium aus der Tabelle von Teilbild c) bedeutet dies, dass das Intervall an gefertigten Schichten zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 mit lediglich fünf Schichten gewählt wird. Hierdurch kann früher eine weitere Bestimmung erfolgen. Das Bestimmungsintervall von M=5 Schichten ist relativ klein, sodass bis zur nächsten Bestimmung mutmaßlich nur wenig Versatz auflaufen wird.
Beispiel 2:
Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wurden wie zuvor festgelegt fünf Schichten gefertigt, und fünf Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformation vorgenommen, wie aus Teilbild a) ersichtlich ist. Ein Vergleich der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT_t2 zum Zeitpunkt t2 und der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT_t3 zum Zeitpunkt t3 ergibt eine Nachbarabweichung NABW_t2/3 für die x-Koordinate von x=-8µm (da 9µm-17µm=-8µm) und für die y-Koordinate von y=-7µm (da 18µm-25µm=-7µm). Für den Betrag des Versatzes BV_t2/3 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 folgt dann BVt_2/3=10,6µm (da $\sqrt{{(- 8 μ m)}^{2} + {(- 7 μ m)}^{2}} = 10,6 μ m$
). Nach dem Auswahlkriterium aus der Tabelle von Teilbild c) bedeutet dies, dass das Intervall an gefertigten Schichten zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 mit zehn Schichten gewählt wird. Es werden also mehr Schichten gefertigt bevor eine weitere Bestimmung erfolgt als im ersten Beispiel.
Beispiel 3:
Zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 wurden wie zuvor festgelegt zehn Schichten gefertigt, und zehn Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformation vorgenommen, wie aus Teilbild a) ersichtlich ist. Ein Vergleich der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT_t3 zum Zeitpunkt t3 und der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT_t4 zum Zeitpunkt t4 ergibt eine Nachbarabweichung NABW_t3/4 für die x-Koordinate von x=2µm (da 11µm-9µm=2µm) und für die y-Koordinate von y=-3µm (da 15µm-18µm=-3µm). Für den Betrag des Versatzes BV_t3/4 zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 folgt dann BVt_3/4=3,2µm (da $\sqrt{{(2 μ m)}^{2} + {(- 3 μ m)}^{2}} = 3,2 μ m$
). Nach dem Auswahlkriterium aus der Tabelle von Teilbild c) bedeutet dies, dass das Intervall an gefertigten Schichten zwischen dem Zeitpunkt t4 und dem folgenden Zeitpunkt (nicht mehr näher dargestellt) mit 15 Schichten gewählt wird.
Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht eine flexible Anpassung auf unterschiedliche Situationen während der Fertigung des zu fertigenden Objekts. Bei großen Nachbarabweichungen werden die Bestimmungsintervalle verkürzt, sodass eine genauere Überwachung der Fertigung ermöglicht wird, und bei geringen Nachbarabweichungen werden die Bestimmungsintervalle vergrößert, sodass weniger Zeit für Messungen benötigt wird und die Fertigung schneller beendet werden kann.
7a zeigt die Bestimmung der prognostizierten Koordinatentransformation PNSKT mittels einer polynominalen Regression für eine achte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Diagramm aufgetragen ist die x-Koordinate der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT gegenüber der Zahl der gefertigten Schichten (die Zahl der gefertigten Schichten entspricht einer Zeitkoordinate). Im Diagramm eingezeichnet sind drei Bestimmungen bzw. Messpunkte (ausgefüllte Kreise), nämlich zwei zuvor bestimmte, momentane tatsächliche Koordinatentransformationen MTKT_ZB1 und MTKT_ZB2 und die aktuell bestimmte, momentan tatsächliche Koordinatentransformation MTKT_AB. Zwischen allen Messpunkten liegen hier gleich viele gefertigte Schichten. Es wird eine polynominale Regression durchgeführt und als Regressionskurve ein Polynom 2. Grades an die Messpunkte angefittet. Mit der Regressionskurve lässt sich die prognostizierte Koordinatentransformation PNSKT zu einem zukünftigen Zeitpunkt bzw. nach einer zukünftig gefertigten Schicht SZ bestimmen (siehe leerer Kreis).
Man beachte, dass die Bestimmung der prognostizierten Koordinatentransformation PNSKT nicht nur auf die x-Komponente angewandt wird, sondern entsprechend auch auf die y-Komponente und möglicherweise eine Drehkomponente der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation MTKT (nicht näher dargestellt).
7b zeigt die Bestimmung der prognostizierten Koordinatentransformation PNSKT mittels einer linearen Regression für eine neunte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es werden nur die wesentlichen Unterschiede zur Variante von 7a erläutert.
Es wird eine lineare Regression durchgeführt und eine Regressionskurve in Form einer Regressionsgeraden an die Messpunkte angefittet. Auch hierdurch lässt sich die prognostizierte Koordinatentransformation PNSKT zu einem gewählten zukünftigen Zeitpunkt, bzw. nach der zukünftigen Fertigung einer ausgewählten Schicht SZ, ermitteln.
8 zeigt die Bestimmung der prognostizierten Koordinatentransformation PNSKT mittels der Bildung eines Mittelwerts für eine zehnte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es werden nur die wesentlichen Unterschiede zur Variante von 7a erläutert.
Aus den drei Messpunkten wird ein Mittelwert bestimmt: Der Mittelwert ist durch die waagerecht ausgerichtete Gerade markiert. Es wird angenommen, dass sich die momentane, tatsächliche Koordinatentransformation um diesen Mittelwert einpendeln wird bzw. zu diesem Mittelwert zurückkehren wird. Hierdurch lässt sich die prognostizierte Koordinatentransformation PNSKT zum gewählten zukünftigen Zeitpunkt bzw. nach der zukünftigen Fertigung einer ausgewählten Schicht SZ bestimmten (siehe leerer Kreis).
Bezugszeichenliste

1: Anlage
1a: Bearbeitungsmaschine
2: Objekt
2a: Prototyp
3: pulverförmiges Material
4: Bearbeitungskammer
5a: Abdeckung
5b: Boden
6: Bauplattform
7: Schicht (hier oberste Schicht)
8a, 8b: Hochenergiestrahl
9a, 9b: Scanner
10: Steuereinrichtung
11: Führungsscanner
12: Überwachungseinrichtung
12a: Kamera
A: Anzahl der Aktualisierungen zwischen zwei Bestimmungen
AUS: Ausgangsabweichung
ABWi: i-ter Abweichungsanteil
B: Anzahl der für die Prognose genutzten, zuvor bestimmten, momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen
BI1-BI3: Bestimmungsintervall
BVtg/h: Betrag des Versatzes der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation zwischen den benachbarten Zeitpunkten tg, th
g: Index
h: Index
i: Index
j: Index
k: Index
M: Anzahl der zwischen zwei Bestimmungen gefertigten Schichten
mi: Anzahl der Schichten im Fertigungsblock nach Aktualisierung i
MTKT: momentane, tatsächliche Koordinatentransformation
MTKTAB: momentane tatsächliche Koordinatentransformation der aktuellen Bestimmung
MTKTtg: momentane tatsächliche Koordinatentransformation zum Zeitpunkt tg
MTKTth: momentane tatsächliche Koordinatentransformation zum Zeitpunkt
th MTKTZB,k: zuvor bestimmte, momentane tatsächliche Koordinatentransformation
N: Anzahl der Scanner und Anzahl der Hochenergiestrahlen
NABWtg/h: Nachbarabweichung der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformation zwischen den Zeitpunkten t_g und t_h
PKT: programmierte Koordinatentransformation
PKT1: programmierte Koordinatentransformation nach Aktualisierung 1
PKTA: programmierte Koordinatentransformation nach Aktualisierung A
PKTAB: programmierte Koordinatentransformation, die der aktuellen Bestimmung zugrunde lag
PKTj: programmierte Koordinatentransformation nach Aktualisierung j
PNSKT: prognostizierte Koordinatentransformation
SZ: ausgewählte Schicht, die in der Zukunft gefertigt wird
t: Zeit
t1-t4: Zeitpunkt
tia-t3a: Zeitpunkt
t1b-t3b: Zeitpunkt
tic-t4c: Zeitpunkt
tid, t2d: Zeitpunkt
tg: Zeitpunkt
th: Zeitpunkt
x: Richtung
y: Richtung
Z: Richtung
ZKT: Ziel-Koordinatentransformation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3907021 A1 [0002, 0007, 0009, 0017]
WO 2018086996 A1 [0007, 0017]
WO 2019173000 A1 [0007]
DE 102018205403 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur schichtweisen Fertigung wenigstens eines Objekts (2) auf einer Bauplattform (6) durch lokale Verfestigung von pulverförmigem Material (3) in einer jeweiligen Schicht (7), wobei zumindest in einer Mehrzahl der Schichten (7) mit N Scannern (9a, 9b) zumindest zeitweise N Hochenergiestrahlen (8a, 8b) zeitgleich eingesetzt werden, mit N≥2, wobei einem jeweiligen Scanner (9a, 9b) jeweils ein Scannerkoordinatensystem zugeordnet ist, wobei eine Steuereinrichtung (10) für eine Belichtung einer jeweiligen Schicht (7) für jeden Scanner (9a, 9b) - Belichtungsdaten eines Bearbeitungsmusters in einem Referenzkoodinatensystem zur Verfügung stellt (102), - die Belichtungsdaten im Referenzkoordinatensystem mittels einer programmierten Koordinatentransformation (PKT) in Belichtungsdaten im Scannerkoordinatensystem umrechnet (103), und - die erhaltenen Belichtungsdaten im Scannerkoordinatensystem an den zugehörigen Scanner (9a, 9b) anweist (104), so dass der Scanner (9a, 9b) das Bearbeitungsmuster auf der Bauplattform (6) in der Schicht (7) belichtet (105), wobei während der schichtweisen Fertigung des wenigstens einen Objekts (2) wiederholt Messungen vorgenommen werden, mit denen jeweils die momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT) zumindest von N-1 Scannern (9a, 9b) bestimmt werden, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT) M Schichten (7) gefertigt werden, mit M ≥ 2, und wobei während der Fertigung des wenigstens einen Objekts (2) die programmierten Koordinatentransformationen (PKT) für die wenigstens N-1 Scanner (9a, 9b) unter Berücksichtigung der momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT) aktualisiert werden (205.1, 205.j, 205.A; 305.1, 305.j, 305.A), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen (201, 206; 301, 306) der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT) mehrere Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformationen (PKT) der wenigstens N-1 Scanner (9a, 9b) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer jeweiligen aktuellen Bestimmung (201; 301) der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT_AB) für die wenigstens N-1 Scanner (9a, 9b) für einen jeweiligen der wenigstens N-1 Scanner (9a, 9b) - unter Berücksichtigung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation (MTKT_AB) der aktuellen Bestimmung (201; 301) eine Ziel-Koordinatentransformation (ZKT) ermittelt wird (202; 302), - und mit den mehreren Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformation (PKT) zwischen der aktuellen Bestimmung (201; 301) und der nächsten Bestimmung (206; 306) die programmierte Koordinatentransformation (PKT) schrittweise auf die Ziel-Koordinatentransformation (ZKT) überführt wird (205.1, 205.j, 205.A; 305.1, 305.j, 305.A).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer jeweiligen aktuellen Bestimmung (201; 301) der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT_AB) für die wenigstens N-1 Scanner (9a, 9b) für einen jeweiligen der wenigstens N-1 Scanner (9a, 9b) - eine Ausgangs-Abweichung (AUS) zwischen der Ziel-Koordinatentransformation (ZKT) und der programmierten Koordinatentransformation (PKT_AB), die der aktuellen Bestimmung zugrunde lag, ermittelt wird (203; 303), - die ermittelte Ausgangs-Abweichung (AUS) in mehrere Abweichungsanteile (ABW_i) aufgeteilt wird (204; 304), - und für die Schichten (7), die nach der aktuellen Bestimmung (201; 301) bis zur nächsten Bestimmung (206; 306) der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation gefertigt werden, die programmierte Koordinatentransformation (PKT) schrittweise in den mehreren Aktualisierungen geändert wird (205.1, 205.j, 205.A; 305.1, 305.j, 305.A), wobei mit jeder Aktualisierung ein weiterer Abweichungsanteil (ABW_i) auf eine zuletzt von der Steuereinrichtung (10) angewandte programmierte Koordinatentransformation (PKT) aufaddiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Ausgangs-Abweichung (AUS) in gleich große Abweichungsanteile (ABW_i) aufgeteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Abweichungsanteil (ABWi) durch einen maximalen Versatz und/oder eine maximale Drehung begrenzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Bestimmungen (201, 206; 301, 306) eine Anzahl von A Aktualisierungen erfolgt, wobei A=M gewählt ist, und dass die Ausgangs-Abweichung (AUS) auf M gleiche Abweichungsanteile (ABW_i) aufgeteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Koordinatentransformation (ZKT) der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation (MTKT_AB) der aktuellen Bestimmung (201) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Koordinatentransformation (ZKT) unter Berücksichtigung der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT_AB) der aktuellen Bestimmung (301) und wenigstens B, mit B≥2, zuvor bestimmten (300.a), momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT_ZB,k) als eine prognostizierte Koordinatentransformation (PNSKT) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die prognostizierte Koordinatentransformation (PNSKT) mittels einer Trendanalyse ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trendanalyse eine Regression der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation (MTKT_AB) der aktuellen Bestimmung (301) und der wenigstens B, mit B≥2, zuvor bestimmten (300.a), momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT_ZB,k) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Koordinatentransformation (ZKT) als ein Mittelwert der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation (MTKT_AB) der aktuellen Bestimmung (301) und der wenigstens B, mit B≥2, zuvor bestimmten (300.a), momentanen tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT_ZB,k) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Aktualisierungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen (201, 206; 301, 306) jeweils nach Fertigung einer gleich großen Anzahl (m_i) von Schichten (7) erfolgen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Aktualisierungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen (201, 206; 301, 306) jeweils nach Fertigung genau einer Schicht (7) erfolgen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Aktualisierungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen (201, 206; 301, 306) gleichmäßig auf die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen (201, 206; 301, 306) gefertigten Schichten (7) verteilt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl M von gefertigten Schichten (7) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen (201, 206; 301, 306) der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT) während der Fertigung des wenigstens einen Objekts (2) veränderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl M von gefertigten Schichten (7) oder ein gleitender Durchschnitt Mgld der Anzahl M von gefertigten Schichten (7) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen (201, 206; 301, 306) zu Beginn der schichtweisen Fertigung des wenigstens einen Objekts (2) geringer gewählt ist als im weiteren Verlauf der schichtweisen Fertigung des wenigstens einen Objekts (2).
Verfahren nach einem der Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl M von zu fertigenden Schichten (7) zwischen einer aktuellen Bestimmung (201; 301) und einer nächsten Bestimmung (206; 306) der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation (MTKT) abhängig davon gewählt wird, wie groß für die wenigstens N-1 Scanner (9a, 9b) jeweils eine Nachbar-Abweichung (NABW_tg/h) zwischen der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation (MTKT_AB) der aktuellen Bestimmung (201; 301) und der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation der Bestimmung, die der aktuellen Bestimmung vorausging, ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl M von zu fertigenden Schichten (7) umso kleiner gewählt wird, umso größer für die wenigstens N-1 Scanner die Nachbar-Abweichung (NABW_tg/h) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass einer der N Scanner (9a, 9b) als Führungsscanner (11) gewählt wird, dass das Scannerkoordinatensystem des Führungsscanners (11) oder ein mit diesem Scannerkoordinatensystem in einer festen Beziehung stehenden Koordinatensystem als Referenzkoordinatensystem gewählt wird, und dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen (201, 206; 301, 306) der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT) mehrere Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformationen lediglich der N-1 übrigen Scanner (9a, 9b) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzkoordinatensystem ein Maschinenkoordinatensystem einer Bearbeitungsmaschine (1a) ist, die die N Scanner (9a, 9b) und die Bauplattform (6) umfasst, und dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen (201, 206; 301, 306) der momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformation (MTKT) mehrere Aktualisierungen der programmierten Koordinatentransformationen der N Scanner (9a, 9b) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierten Koordinatentransformationen (PKT) und die momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT) lediglich eine Verschiebungsinformation in zwei orthogonale Richtungen (x, y) umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierten Koordinatentransformationen (PKT) und die momentanen, tatsächlichen Koordinatentransformationen (MTKT) eine Verschiebungsinformation in zwei orthogonale Richtungen sowie eine Drehungsinformation in einer Ebene, die durch die zwei orthogonalen Richtungen (x, y) aufgespannt wird, umfassen.
Anlage (1) zur schichtweisen Fertigung wenigstens eines Objekts (2) auf einer Bauplattform (6) durch lokale Verfestigung von pulverförmigem Material (3) in einer jeweiligen Schicht (7), umfassend eine Bauplattform (6), N Scanner (9a, 9b), mit N≥2, und eine Steuereinrichtung (10), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
Computerprogrammprodukt, das bei Anwendung auf einer Anlage (1) zur schichtweisen Fertigung wenigstens eines Objekts (2) auf einer Bauplattform (6) durch lokale Verfestigung von pulverförmigem Material (3) in einer jeweiligen Schicht (7) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22 ausführt.