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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial, und ein Computerprogramm zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
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Bei solchen Verfahren können Umstände auftreten, unter denen mit benachbarten Bestrahlungsvektoren bestrahlte Bereiche einer Pulvermaterialschicht nicht fehlerfrei verbunden werden, beispielsweise weil aufgrund einer unzureichenden Kalibration zwei einander benachbarte, verschiedenen Energiestrahlen zugeordnete Bestrahlungsvektoren einen zu großen Versatz zueinander aufweisen, oder weil zwischen einer jeweiligen Abarbeitung benachbarter Bestrahlungsvektoren zu viel Zeit vergeht, sodass ein Wärmeverzug entstehen kann. Solche Probleme könnten zwar grundsätzlich durch Planung zusätzlicher Bestrahlungsvektoren zumindest weitgehend vermieden werden, dies ist aber eine vergleichsweise aufwändige und rechenintensive Vorgehensweise.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial, und ein Computerprogramm zum Durchführen eines solchen Verfahrens zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein auch als Planungsverfahren bezeichnetes Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, um mittels des mindestens einen Energiestrahls ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen, geschaffen wird, wobei für die Bestrahlung einer Pulvermaterialschicht mit dem mindestens einen Energiestrahl eine Mehrzahl an Bestrahlungsvektoren geplant oder erhalten wird. Es werden einander benachbarte Nachbar-Bestrahlungsvektoren aus der Mehrzahl an Bestrahlungsvektoren ermittelt, für die sich aus mindestens einem Abarbeitungsunterschied in einer für die Nachbar-Bestrahlungsvektoren geplanten Abarbeitung eine Fehlergefahr für das herzustellende Bauteil ergibt. Für mindestens einen Nachbar-Bestrahlungsvektor der ermittelten Nachbar-Bestrahlungsvektoren wird eine mehrfache Bestrahlung geplant. Dabei wird insbesondere ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit dem mindestens einen Energiestrahl erhalten. Die hier vorgeschlagene Vorgehensweise ermöglicht insbesondere eine Vermeidung von Bauteilfehlem insbesondere aufgrund unzureichender Kalibration verschiedener Energiestrahlen oder aufgrund von Wärmeverzug, ohne dass es dafür einer aufwändigen Planung zusätzlicher Bestrahlungsvektoren bedarf. Auch muss keine ebenfalls aufwändige, explizite Übergabe von einem Energiestrahl auf einen anderen Energiestrahl, auch als Stitching bezeichnet, erfolgen.
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Dass solche einander benachbarte Bestrahlungsvektoren als Nachbar-Bestrahlungsvektoren identifiziert werden, für die sich aus dem mindestens einen Abarbeitungsunterschied eine Fehlergefahr für das herzustellende Bauteil ergibt, bedeutet insbesondere, dass eine Gefährdungsanalyse für einander benachbarte Bestrahlungsvektoren durchgeführt wird. Eine Fehlergefahr für das herzustellende Bauteil kann sich dabei insbesondere aus einer unzureichenden Kalibrierung zwischen den Bestrahlungsvektoren jeweils zugeordneten verschiedenen Energiestrahlen und einem damit verbundenen, zu hohen Versatz zwischen den benachbarten Bestrahlungsvektoren, und/oder aus einer zu großen zeitlichen Verzögerung zwischen der Abarbeitung benachbarter Bestrahlungsvektoren und einem damit verbundenen Wärmeverzug ergeben. Die hier angesprochenen Probleme führen zu Inhomogenitäten, Fehlstellen oder Schwächungen in dem herzustellenden Bauteil.
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Insbesondere wird für den mindestens einen Nachbar-Bestrahlungsvektor als die mehrfache Bestrahlung eine zweifache Bestrahlung geplant. Dies bedeutet insbesondere, dass der betroffene Nachbar-Bestrahlungsvektor zweimal abgearbeitet wird.
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Insbesondere wird die Bestrahlung einer Mehrzahl von Pulvermaterialschichten, insbesondere aller für die Herstellung des herzustellenden Bauteils notwendigen Pulvermaterialschichten, geplant. Insbesondere werden dabei in einer Mehrzahl von Pulvermaterialschichten, insbesondere in allen Pulvermaterialschichten, einander benachbarte Nachbar-Bestrahlungsvektoren ermittelt, für die sich aus mindestens einem Abarbeitungsunterschied in einer für die Nachbar-Bestrahlungsvektoren geplanten Abarbeitung eine Fehlergefahr für das herzustellende Bauteil ergibt, wobei für mindestens einen Nachbar-Bestrahlungsvektor der ermittelten Nachbar-Bestrahlungsvektoren eine mehrfache Bestrahlung geplant wird.
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Unter einem additiven oder generativen Fertigen oder Herstellen eines Bauteils wird insbesondere ein Pulverbett-basiertes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils verstanden, insbesondere ein Fertigungsverfahren, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintern, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), einem selektiven Elektronenstrahlschmelzen ((Selective) Electron Beam Melting - (S)EBM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die Fertigungsvorrichtung ist demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten additiven oder generativen Fertigungsverfahren.
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Der mindestens eine Energiestrahl ist insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem elektromagnetischen Strahl, insbesondere einem optischen Arbeitsstrahl, insbesondere einem Laserstrahl, und einem Teilchenstrahl, insbesondere einem Elektronenstrahl. Der mindestens eine Energiestrahl kann kontinuierlich oder gepulst sein, insbesondere kontinuierliche Laserstrahlung oder gepulste Laserstrahlung.
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Insbesondere kann im Rahmen des Planungsverfahrens eine lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen geplant werden, um mittels der Mehrzahl an Energiestrahlen ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen.
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Unter einem Bestrahlungsvektor wird insbesondere eine kontinuierliche, vorzugsweise lineare Verlagerung des Energiestrahls über eine bestimmte Strecke mit bestimmter Verlagerungsrichtung verstanden. Der Bestrahlungsvektor schließt insbesondere die Richtung oder Orientierung der Verlagerung, das heißt die Vektorausrichtung, ein. Der Bestrahlungsvektor muss keinesfalls als Geradenabschnitt ausgebildet sein, vielmehr kann ein Bestrahlungsvektor auch einer zumindest bereichsweise gekrümmten Linie oder Kurve folgen. Einem Bestrahlungsvektor ist insbesondere eine Mehrzahl von Bestrahlungsparametern zugeordnet, insbesondere ausgewählt aus: Einem konkret zur Abarbeitung des Bestrahlungsvektors zu verwendenden Energiestrahl einer Mehrzahl an Energiestrahlen, einer Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls entlang des Bestrahlungsvektors, einer Intensität oder Leistung des Energiestrahls, und einer Form und/oder Größe des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich. Weiterhin ist insbesondere für jeden Bestrahlungsvektor explizit oder implizit ein für die Abarbeitung vorgesehener Zeitpunkt vorgegeben, entweder explizit als auf einen Referenzzeitpunkt bezogener Zeitpunkt, oder implizit durch eine Reihenfolge, in der die Bestrahlungsvektoren ausgehend von einem ersten abzuarbeitenden Bestrahlungsvektor abgearbeitet werden.
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Unter einer Bestrahlung oder Abarbeitung eines Bestrahlungsvektors wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass eine Bestrahlung des Pulvermaterials in dem Arbeitsbereich in Übereinstimmung mit der durch den Bestrahlungsvektor gegebenen Definition durchgeführt wird.
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Insbesondere werden solche Bestrahlungsvektoren als Nachbar-Bestrahlungsvektoren identifiziert, die einander senkrecht zu ihrer Vektorausrichtung benachbart sind, also nebeneinander liegen.
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In einer Ausführungsform wird nur für genau einen Nachbar-Bestrahlungsvektor der identifizierten Nachbar-Bestrahlungsvektoren eine mehrfache, insbesondere zweifache Bestrahlung geplant. In einer anderen Ausführungsform wird für eine Mehrzahl der identifizierten Nachbar-Bestrahlungsvektoren eine mehrfache Bestrahlung, insbesondere zweifache Bestrahlung, geplant. In einer anderen Ausführungsform wird für alle identifizierten Nachbar-Bestrahlungsvektoren eine mehrfache Bestrahlung, insbesondere zweifache Bestrahlung, geplant. Die Anzahl der identifizierten Nachbar-Bestrahlungsvektoren, für die eine mehrfache Bestrahlung geplant wird, kann insbesondere abhängig von einem für das herzustellende Bauteil konkret verwendeten Pulvermaterial gewählt werden.
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In einer Ausführungsform wird die Mehrzahl der Bestrahlungsvektoren geplant. In diesem Fall ist das Planungsverfahren insbesondere eingerichtet, um Bestrahlungsvektoren zur Herstellung des Bauteils insbesondere aus CAD-Daten zu generieren. In einer anderen Ausführungsform wird die Mehrzahl der Bestrahlungsvektoren erhalten, insbesondere als Datensatz oder ursprünglicher Bestrahlungsplan, der beispielsweise in einem vorgelagerten Planungsverfahren generiert werden kann. Das hier vorgeschlagene Planungsverfahren ist dann eingerichtet, um die weiteren Verfahrensschritte, insbesondere die Ermittlung der Nachbar-Bestrahlungsvektoren, durchzuführen und dabei den ursprünglichen Datensatz oder Bestrahlungsplan zu modifizieren und einen neuen oder geänderten Bestrahlungsplan als den Bestrahlungsplan zu erhalten.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der mindestens eine Abarbeitungsunterschied ein Unterschied in den Nachbar-Bestrahlungsvektoren zur Bestrahlung zugeordneten Energiestrahlen einer Mehrzahl an Energiestrahlen verwendet wird. Insbesondere wenn einem ersten Bestrahlungsvektor ein erster Energiestrahl zugeordnet ist, wobei einem zweiten, dem ersten Bestrahlungsvektor insbesondere unmittelbar benachbarten Bestrahlungsvektor ein zweiter, von dem ersten Energiestrahl verschiedener Energiestrahl zugeordnet ist, kann es bei unzureichender Kalibrierung der Energiestrahlen relativ zueinander zu einem unzulässig hohen Versatz zwischen dem ersten Bestrahlungsvektor und dem zweiten Bestrahlungsvektor kommen. Daher werden solche Bestrahlungsvektoren vorteilhaft im Rahmen des Verfahrens als Nachbar-Bestrahlungsvektoren identifiziert, für die sich aus diesem Abarbeitungsunterschied eine Fehlergefahr für das herzustellende Bauteil ergibt, wobei für mindestens einen Nachbar-Bestrahlungsvektor der ermittelten Nachbar-Bestrahlungsvektoren eine mehrfache Bestrahlung geplant wird.
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Insbesondere werden nicht nur zwei unmittelbar einander benachbarte Bestrahlungsvektoren, denen verschiedenen Energiestrahlen zugeordnet sind, als Nachbar-Bestrahlungsvektoren identifiziert, sondern zugleich auch noch eine vorbestimmte Anzahl jeweils wiederum diesen beiden Nachbar-Bestrahlungsvektoren insbesondere senkrecht zur jeweiligen Vektorausrichtung benachbarte Bestrahlungsvektoren, wobei für eine bestimmte Anzahl dieser zusätzlichen Nachbar-Bestrahlungsvektoren ebenfalls eine mehrfache Bestrahlung geplant wird. Dies erhöht vorteilhaft die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Verfahrens und die Qualität des entstehenden Bauteils.
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Alternativ oder zusätzlich wird als der mindestens eine Abarbeitungsunterschied eine Differenz in einem für die Abarbeitung vorbestimmten Zeitpunkt verwendet. Insbesondere wenn einem ersten Bestrahlungsvektor ein erster Zeitpunkt für die Abarbeitung zugeordnet ist, wobei einem zweiten, dem ersten Bestrahlungsvektor insbesondere unmittelbar benachbarten Bestrahlungsvektor ein zweiter, von dem ersten Zeitpunkt verschiedener Zeitpunkt zugeordnet ist, kann es bei hinreichend großem zeitlichen Verzug zwischen den beiden Zeitpunkten zu einer Abkühlung und insbesondere Erstarrung des durch den ersten Bestrahlungsvektor erwärmten Pulvermaterials und damit zu einem Wärmeverzug kommen. Daher werden solche Bestrahlungsvektoren vorteilhaft im Rahmen des Verfahrens als Nachbar-Bestrahlungsvektoren identifiziert, für die sich aus diesem Abarbeitungsunterschied eine Fehlergefahr für das herzustellende Bauteil ergibt, wobei für mindestens einen Nachbar-Bestrahlungsvektor der ermittelten Nachbar-Bestrahlungsvektoren eine mehrfache Bestrahlung geplant wird.
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Insbesondere werden einander unmittelbar benachbarte Bestrahlungsvektoren als Nachbar-Bestrahlungsvektoren identifiziert, wenn die zeitliche Differenz zwischen den Ihnen für die jeweilige Abarbeitung zugeordneten Zeitpunkten - auch als Bestrahlungspause bezeichnet - größer ist als eine vorbestimmte Grenz-Zeitdifferenz. Eine derartige Zeitdifferenz kann explizit in Einheiten der Zeit oder implizit insbesondere in Abarbeitungsschritten angegeben werden.
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Die vorbestimmte Grenz-Zeitdifferenz kann insbesondere mindestens 20 ms, mindestens 30 ms, mindestens 40 ms, oder mindestens 50 ms, oder mindestens 200 ms, mindestens 250 ms, mindestens 300 ms, mindestens 350 ms, oder mindestens 400 ms betragen. Alternativ oder zusätzlich kann die vorbestimmte Grenz-Zeitdifferenz insbesondere mindestens 2, mindestens 3, mindestens 4, mindestens 5, oder mindestens 6 Abarbeitungsschritte, oder mindestens 25, mindestens 30, mindestens 40, oder mindestens 50 Abarbeitungsschritte betragen. Wenn Bestrahlungspausen bis 200 ms oder 400 ms kein größeres Problem darstellen, ist der verwendete Parametersatz nur wenig empfindlich; werden dagegen bereits bei Bestrahlungspausen von 20 ms Probleme identifiziert, soll beispielsweise eine besonders hohe Qualität sichergestellt werden.
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Insbesondere werden nicht nur zwei unmittelbar einander benachbarte Bestrahlungsvektoren, denen verschiedene Zeitpunkte für die Abarbeitung zugeordnet sind, als Nachbar-Bestrahlungsvektoren identifiziert, sondern zugleich auch noch eine vorbestimmte Anzahl jeweils wiederum diesen beiden Nachbar-Bestrahlungsvektoren insbesondere senkrecht zur jeweiligen Vektorausrichtung benachbarte Bestrahlungsvektoren, wobei für eine bestimmte Anzahl dieser zusätzlichen Nachbar-Bestrahlungsvektoren ebenfalls eine mehrfache Bestrahlung geplant wird. Dies erhöht vorteilhaft die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Verfahrens und die Qualität des entstehenden Bauteils.
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Ein solcher zeitlicher Versatz in den für die Abarbeitung vorgesehenen Zeitpunkten kann sich beispielsweise daraus ergeben, dass bei einer komplexen, insbesondere zerklüfteten oder in separate Teilbereiche zerfallenden Geometrie einer Querschnittsfläche des herzustellenden Bauteils lange Sprungzeiten für den mindestens einen Energiestrahl vermieden werden sollen, um die Produktivität der Herstellung zu steigern. So kann es beispielsweise vorkommen, dass zunächst ein erster, zusammenhängender Teilbereich bestrahlt wird, wobei dann ein zweiter, an eine erste Seite des ersten Teilbereichs angebundener Teilbereich bestrahlt wird, wobei erst danach ein dritter, an eine zweite Seite des ersten Teilbereichs angebundener Teilbereich bestrahlt wird. Die Anbindungsstelle, an der der dritte Teilbereich an den ersten Teilbereich angebunden wird, ist dann aber zu Beginn der Abarbeitung der dem dritten Teilbereich zugeordneten Bestrahlungsvektoren bereits abgekühlt, sodass sich hier ein Wärmeverzug ergibt.
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Eine weitere mögliche Ursache für einen solchen zeitlichen Versatz ist die zur Vermeidung von Überhitzungen gegebenenfalls vorgesehene Verbindung längerer Bestrahlungsvektoren in einem ersten Bestrahlungsabschnitt mit kürzeren Bestrahlungsvektoren in einem benachbarten zweiten Bestrahlungsabschnitt, wobei quasi die längeren Bestrahlungsvektoren in dem ersten Bestrahlungsabschnitt in den zweiten Bestrahlungsabschnitt hinein verlängert werden. Weist der zweite Bestrahlungsabschnitt neben den kurzen Bestrahlungsvektoren auch längere Bestrahlungsvektoren auf, und wird zunächst der erste Bestrahlungsabschnitt abgearbeitet, bedeutet dies, dass zugleich in dem zweiten Bestrahlungsabschnitt die mit den längeren Bestrahlungsvektoren des ersten Bestrahlungsabschnitts verbundenen kürzeren Bestrahlungsvektoren mit abgearbeitet werden. Erst danach werden während der Bearbeitung des zweiten Bestrahlungsabschnitt dessen längere Bestrahlungsvektoren abgearbeitet. Dort wo die längeren Bestrahlungsvektoren des zweiten Bestrahlungsabschnitts den kürzeren Bestrahlungsvektoren des zweiten Bestrahlungsabschnitts benachbart sind, ergibt sich ein Wärmeverzug aufgrund der zeitlichen Verzögerung in der Abarbeitung.
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Die verschiedenen Zeitpunkte für die Abarbeitung der Nachbar-Bestrahlungsvektoren können - wie bereits oben ausgeführt - explizit oder implizit, insbesondere durch eine vorgegebene Reihenfolge der Abarbeitung oder durch eine Abfolge von Abarbeitungsschritten, gegeben sein.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Rahmen des Planungsverfahrens mit mindestens zwei Energiestrahlen als dem mindestens einen Energiestrahl geplant wird. Der Arbeitsbereich wird in einen ersten, einem ersten Energiestrahl der mindestens zwei Energiestrahlen zugeordneten Teilbereich und einen zweiten, einem zweiten Energiestrahl der mindestens zwei Energiestrahlen zugeordneten Teilbereich aufgeteilt. Als die Nachbar-Bestrahlungsvektoren werden solche einander benachbarte Bestrahlungsvektoren identifiziert, die in einem Grenzbereich zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich derart angeordnet sind, dass die Nachbar-Bestrahlungsvektoren teilweise in dem ersten Teilbereich und teilweise in dem zweiten Teilbereich angeordnet sind. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein zu großer Versatz zwischen Bestrahlungsvektoren in den verschiedenen Teilbereichen vermieden werden.
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Insbesondere werden in jedem Teilbereich eine Mehrzahl von einander insbesondere senkrecht zu ihrer Vektorausrichtung benachbarten Bestrahlungsvektoren als Nachbar-Bestrahlungsvektoren identifiziert.
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Insbesondere sind die Nachbar-Bestrahlungsvektoren derart angeordnet, dass eine Gruppe oder ein Kollektiv der Nachbar-Bestrahlungsvektoren eine gedachte Grenzlinie zwischen den Teilbereichen überschreitet. Insbesondere sind die Nachbar-Bestrahlungsvektoren symmetrisch in den Teilbereichen angeordnet, insbesondere genauso viele Nachbar-Bestrahlungsvektoren in dem ersten Teilbereich wie in dem zweiten Teilbereich.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als die Nachbar-Bestrahlungsvektoren eine vorbestimmte Anzahl entlang einer Richtung quer zu einer gedachten Grenzlinie zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich einander - insbesondere senkrecht zu ihrer Vektorausrichtung - benachbarter Bestrahlungsvektoren identifiziert werden, insbesondere vier oder fünf Bestrahlungsvektoren. Die vorbestimmte Anzahl kann dabei insbesondere abhängig von einem für die Herstellung des Bauteils verwendeten Pulvermaterial verschieden gewählt werden.
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Insbesondere wird eine vorbestimmte Anzahl von Bestrahlungsvektoren als die Nachbar-Bestrahlungsvektoren identifiziert, die innerhalb eines vorbestimmten Bestrahlungsabschnitts entlang einer quer zu der gedachten Grenzlinie orientierten Bestrahlungsreihenfolge derart angeordnet sind, dass die Nachbar-Bestrahlungsvektoren teilweise in dem ersten Teilbereich und teilweise in dem zweiten Teilbereich angeordnet sind. Insbesondere sind die Nachbar-Bestrahlungsvektoren symmetrisch auf den ersten Teilbereich und den zweiten Teilbereich aufgeteilt, insbesondere sind gleich viele in dem ersten Teilbereich wie in dem zweiten Teilbereich angeordnet.
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Insbesondere werden für jeden die gedachte Grenzlinie überschreitenden oder berührenden Bestrahlungsabschnitt - jeweils separat - Nachbar-Bestrahlungsvektoren der Pulvermaterialschicht identifiziert. Insbesondere wird für jeden solchen Bestrahlungsabschnitt jeweils ein Kollektiv an Nachbar-Bestrahlungsvektoren identifiziert. In einer Ausführungsform wird nur für genau einen Nachbar-Bestrahlungsvektor jedes solchen Kollektivs eine mehrfache, insbesondere zweifache Bestrahlung geplant. In einer anderen Ausführungsform wird für eine Mehrzahl der identifizierten Nachbar-Bestrahlungsvektoren jedes solchen Kollektivs eine mehrfache Bestrahlung, insbesondere zweifache Bestrahlung, geplant. In einer anderen Ausführungsform wird für alle identifizierten Nachbar-Bestrahlungsvektoren jedes solchen Kollektivs eine mehrfache Bestrahlung, insbesondere zweifache Bestrahlung, geplant. Die Anzahl der identifizierten Nachbar-Bestrahlungsvektoren jedes Kollektivs, für die eine mehrfache Bestrahlung geplant wird, kann insbesondere abhängig von einem für das herzustellende Bauteil konkret verwendeten Pulvermaterial gewählt werden.
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Unter einem Bestrahlungsabschnitt wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein zusammenhängender Teil eines Bestrahlungsmusters verstanden, insbesondere ein sogenannter Hatch. Ein Bestrahlungsabschnitt ist insbesondere eine Gruppe von zusammenhängenden Bestrahlungsvektoren, die insbesondere parallel oder antiparallel, insbesondere mit konstantem Abstand, nebeneinander angeordnet sind. Ein solcher Bestrahlungsabschnitt kann insbesondere die Form eines Streifens oder eines Feldes, insbesondere eines schachbrettfeldartigen Feldes, aufweisen. Insbesondere entspricht dabei die Breite eines Streifens oder eines Feldes einer Bestrahlungsvektorlänge eines in dem Streifen oder dem Feld liegenden Bestrahlungsvektors.
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Unter einem Bestrahlungsmuster wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Zusammenstellung oder Anordnung von insbesondere gleichartigen oder auch verschiedenartigen Bestrahlungsabschnitten, insbesondere von Gruppen von Bestrahlungsvektoren, verstanden, beispielsweise in Form von Streifen oder schachbrettfeldartigen Feldern. Insbesondere kann ein solches Bestrahlungsmuster eine Zusammenstellung von Streifen und/oder von Feldern sein, beispielsweise eine schachbrettartige Zusammenstellung von schachbrettfeldartigen Feldern.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein erster Nachbar-Bestrahlungsvektor - insbesondere eine Mehrzahl erster Nachbar-Bestrahlungsvektoren - der Nachbar-Bestrahlungsvektoren, der einem ersten Energiestrahl der Mehrzahl an Energiestrahlen zugeordnet ist, zusätzlich von einem zweiten Energiestrahl der Mehrzahl an Energiestrahlen bestrahlt wird, dem zweite Nachbar-Bestrahlungsvektoren der Nachbar-Bestrahlungsvektoren zugeordnet sind. Dies stellt eine sehr einfache Möglichkeit dar, den mindestens einen ersten Nachbar-Bestrahlungsvektor mehrfach zu bestrahlen. Die Bezugnahme auf erste und zweite Nachbar-Bestrahlungsvektoren bedeutet an dieser Stelle keine Entscheidung bezüglich einer Reihenfolge der Abarbeitung. Es ist also möglich, dass die ersten Nachbar-Bestrahlungsvektoren zuerst abgearbeitet werden, wobei danach die zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren abgearbeitet werden, wobei dann zugleich durch den zweiten Energiestrahl bestimmte erste Nachbar-Bestrahlungsvektoren nochmals bestrahlt, quasi nachbestrahlt werden. Alternativ ist auch möglich, dass die zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren zuerst abgearbeitet werden, wobei danach der mindestens eine erste Nachbar-Bestrahlungsvektoren abgearbeitet wird. Bei dieser Ausgestaltung wird dann der mindestens eine erste Nachbar-Bestrahlungsvektor bereits vor seiner eigentlichen Abarbeitung durch den ersten Energiestrahl von dem zweiten Energiestrahl abgearbeitet, wobei er quasi vorbestrahlt wird. Die hier beschriebenen Vorgehensweisen stellen eine besonders ökonomische Ausgestaltung des Verfahrens dar.
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Alternativ wird der mindestens eine erste Nachbar-Bestrahlungsvektor - insbesondere die Mehrzahl erster Nachbar-Bestrahlungsvektoren - zusätzlich von dem zweiten Energiestrahl bestrahlt, wobei mindestens einer der zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren - insbesondere eine Mehrzahl zweiter Nachbar-Bestrahlungsvektoren - zusätzlich von dem ersten Energiestrahl bestrahlt wird. Diese Vorgehensweise stellt eine besonders sichere Ausgestaltung des Verfahrens dar.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein erster Nachbar-Bestrahlungsvektor - insbesondere eine Mehrzahl erster Nachbar-Bestrahlungsvektoren - der Nachbar-Bestrahlungsvektoren, dessen Abarbeitung zu einem ersten früheren Zeitpunkt geplant ist, zusätzlich zu einem zweiten späteren Zeitpunkt, an dem die Abarbeitung zweiter Nachbar-Bestrahlungsvektoren der Nachbar-Bestrahlungsvektoren geplant ist, bestrahlt wird. Dies stellt eine besonders ökonomische Ausgestaltung des Verfahrens dar. Insbesondere wird dies umgesetzt, wenn eine zeitliche Differenz zwischen dem ersten früheren Zeitpunkt und dem zweiten späteren Zeitpunkt größer ist als die vorbestimmte Grenz-Zeitdifferenz.
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Alternativ wird mindestens ein zweiter Nachbar-Bestrahlungsvektor der zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren, insbesondere eine Mehrzahl der zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren, zusätzlich zu dem ersten Zeitpunkt bestrahlt.
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Alternativ wird der mindestens eine erste Nachbar-Bestrahlungsvektor, vorzugsweise die Mehrzahl der ersten Nachbar-Bestrahlungsvektoren, zusätzlich zu dem zweiten Zeitpunkt bestrahlt, wobei der mindestens eine zweite Nachbar-Bestrahlungsvektor, vorzugsweise die Mehrzahl der zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren, zusätzlich zu dem ersten Zeitpunkt bestrahlt wird.
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Insbesondere wird der Bestrahlungsplan als ein Datensatz für eine Ansteuerung einer Fertigungsvorrichtung, insbesondere einer im Folgenden noch beschriebenen erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung oder einer Fertigungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen, zum additiven Fertigen eines Bauteils aus dem Pulvermaterial erhalten. Unabhängig davon, ob das Verfahren auf einer separat zu einer Fertigungsvorrichtung angeordneten Planungsvorrichtung oder auf der Fertigungsvorrichtung selbst durchgeführt wird, wird der Bestrahlungsplan auf diese Weise in einfach handhabbarer, insbesondere maschinenlesbarer Form erhalten. Insbesondere ist es bevorzugt auch möglich, den als Datensatz erhaltenen Bestrahlungsplan zu exportieren und unabhängig von einer bestimmten Vorrichtung, beispielsweise verkörpert auf einem Datenträger oder virtuell über ein Netzwerk, zu transportieren, insbesondere zu übertragen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein auch als Fertigungsverfahren bezeichnetes Verfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines mithilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, um das Bauteil mittels des mindestens einen Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials herzustellen, und Fertigen des Bauteils gemäß dem Bestrahlungsplan. In Zusammenhang mit dem Fertigungsverfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren erläutert wurden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsplan bereitgestellt wird, indem ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs oder ein Verfahren zum Planen nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird. Somit umfasst das Verfahren zum Fertigen des Bauteils zugleich auch - insbesondere in Form vorgelagerter Schritte - das Verfahren zum Planen der Bestrahlung.
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Als Energiestrahl wird vorzugsweise ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl verwendet.
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Vorzugsweise wird das Bauteil mittels selektiven Lasersinterns und/oder selektiven Laserschmelzens gefertigt.
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Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Computerprogramm geschaffen wird, umfassend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf einer Rechenvorrichtung durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf der Rechenvorrichtung läuft.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst das Computerprogramm maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Fertigungsverfahren oder ein Fertigungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf der Rechenvorrichtung durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf der Rechenvorrichtung läuft.
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In Zusammenhang mit dem Computerprogramm ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren oder dem Fertigungsverfahren erläutert wurden.
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Zur Erfindung gehört auch ein erster Datenträger, umfassend ein erfindungsgemäßes Computerprogramm oder ein Computerprogramm nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Planungsvorrichtung zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, um mittels des mindestens einen Energiestrahls ein Bauteil aus einem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen, geschaffen wird, wobei die Planungsvorrichtung eingerichtet ist, um ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. In Zusammenhang mit der Planungsvorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Fertigungsverfahren oder dem Computerprogramm erläutert wurden.
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Insbesondere kann die Planungsvorrichtung eingerichtet sein, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen zu planen.
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In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung ausgebildet als eine Vorrichtung, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung eine RTC5- oder RTC6-Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.
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Insbesondere kann die Planungsvorrichtung extern oder separat zu einer Fertigungsvorrichtung vorgesehen sein, wobei durch die Planungsvorrichtung vorzugsweise ein Datensatz erstellt wird, der dann in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines Datenträgers oder über ein Netzwerk, insbesondere über das Internet, oder über eine andere geeignete drahtlose oder kabelgebundene Übermittlungsform, an eine Fertigungsvorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung einer Fertigungsvorrichtung, übermittelt wird. Die Planungsvorrichtung kann aber auch in eine Fertigungsvorrichtung integriert sein. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung in die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung integriert sein, oder die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung kann als Planungsvorrichtung ausgebildet sein, insbesondere durch Vorsehen einer geeigneten Hardwarekomponente und/oder durch Implementieren eines geeigneten Computerprogramms, insbesondere einer Software. Es ist aber auch möglich, dass die Planungsvorrichtung eine Mehrzahl an Rechenvorrichtungen umfasst, wobei sie insbesondere physisch verteilt ausgebildet ist. Bevorzugt umfasst die Planungsvorrichtung dann eine Mehrzahl miteinander vernetzter Rechenvorrichtungen. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung als Datenwolke oder sogenannte Cloud ausgebildet sein, oder die Planungsvorrichtung ist Teil einer Datenwolke oder Cloud. Es ist in bevorzugter Ausgestaltung auch möglich, dass die Planungsvorrichtung einerseits mindestens eine zu der Fertigungsvorrichtung externe Rechenvorrichtung und andererseits die Fertigungsvorrichtung, insbesondere die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung, umfasst, wobei dann durch die Planungsvorrichtung durchgeführte Schritte teilweise auf der externen Rechenvorrichtung und teilweise auf der Fertigungsvorrichtung, insbesondere auf der Steuervorrichtung, durchgeführt werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Planungsvorrichtung nicht die vollständige Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, sondern nur Teile hiervon; insbesondere ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung nur denjenigen Teil der Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, der sich auf die zuvor beschriebenen Schritte und/oder Festlegungen bezieht. Andere Teile der Planung der lokal selektiven Bestrahlung können dagegen in anderen Rechenvorrichtungen, insbesondere in zu der Fertigungsvorrichtung externen Rechenvorrichtung, oder auch in der Fertigungsvorrichtung selbst, insbesondere deren Steuervorrichtung, oder aber auch in einer Datenwolke oder Cloud, durchgeführt werden.
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Insbesondere kann die Planungsvorrichtung eine Rechenvorrichtung sein, die eingerichtet ist, um insbesondere anhand von CAD-Daten eines herzustellenden Bauteils Bestrahlungsvektoren zu generieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Planungsvorrichtung eine Rechenvorrichtung sein, die eingerichtet ist, um einen zuvor generierten, Bestrahlungsvektoren umfassenden Datensatz oder Bestrahlungsplan zu modifizieren, insbesondere um den verschiedenen Bestrahlungsvektoren verschiedene Energiestrahlen zuzuweisen.
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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird. Die Fertigungsvorrichtung weist mindestens eine Strahlerzeugungsvorrichtung auf, die eingerichtet ist zum Erzeugen mindestens eines Energiestrahls. Außerdem weist die Fertigungsvorrichtung mindestens eine Scannervorrichtung auf, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich lokal selektiv mit dem mindestens einen Energiestrahl zu bestrahlen, um mittels des mindestens einen Energiestrahls ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Schließlich weist die Fertigungsvorrichtung eine Steuervorrichtung auf, die mit der mindestens einen Scannervorrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung anzusteuern. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens oder eines Fertigungsverfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit der Fertigungsvorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Fertigungsverfahren, dem Computerprogramm und der Planungsvorrichtung erläutert wurden.
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Bei einer Ausführungsform ist die Strahlerzeugungsvorrichtung eingerichtet, um eine Mehrzahl an Energiestrahlen zu erzeugen, und/oder die Fertigungsvorrichtung weist eine Mehrzahl an Strahlerzeugungsvorrichtungen zur Erzeugung einer Mehrzahl an Energiestrahlen auf. Es ist möglich, dass für die Mehrzahl an Energiestrahlen eine Mehrzahl an Scannervorrichtungen vorgesehen sind. Es ist aber auch möglich, dass die Scannervorrichtung eingerichtet ist, um eine Mehrzahl an Energiestrahlen - insbesondere unabhängig voneinander - auf dem Arbeitsbereich zu verlagern. Insbesondere kann die Scannervorrichtung hierfür eine Mehrzahl an separat ansteuerbaren Scannern, insbesondere Scannerspiegeln, aufweisen.
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Die Scannervorrichtung weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf. Die hier vorgeschlagenen Scannervorrichtungen sind in besonderer Weise geeignet, den mindestens einen Energiestrahl innerhalb des Arbeitsbereichs zwischen einer Mehrzahl an Bestrahlungspositionen zu verlagern.
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Unter einem relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf wird hier insbesondere ein integriertes Bauteil der Fertigungsvorrichtung verstanden, welches mindestens einen Strahlungsauslass für mindestens einen Energiestrahl aufweist, wobei das integrierte Bauteil, das heißt der Arbeitskopf, als Ganzes entlang zumindest einer Verlagerungsrichtung, vorzugsweise entlang zweier senkrecht aufeinander stehenden Verlagerungsrichtungen, relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbar ist. Ein solcher Arbeitskopf kann insbesondere in Portalbauweise ausgebildet sein oder von einem Roboter geführt werden. Insbesondere kann der Arbeitskopf als Roboterhand eines Roboters ausgebildet sein.
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Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung eine RTC5- oder RTC6-Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.
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Bevorzugt ist die mindestens eine Strahlerzeugungsvorrichtung als Laser ausgebildet. Der mindestens eine Energiestrahl wird somit vorteilhaft als intensiver Strahl kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt. Bestrahlung bedeutet insoweit bevorzugt Belichtung.
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Die Fertigungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintern. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungsvorrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen. Diese Ausgestaltungen der Fertigungsvorrichtung haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial mit einem Ausführungsbeispiel einer Planungsvorrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung von ersten Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen, und
- 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung 1 zum additiven Fertigen eines Bauteils 3 aus einem Pulvermaterial 5 mit einem Ausführungsbeispiel einer Planungsvorrichtung 7.
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Die Fertigungsvorrichtung 1 weist mindestens eine vorzugsweise als Laser ausgebildete Strahlerzeugungsvorrichtung 9 auf, die eingerichtet ist zum Erzeugen mindestens eines Energiestrahls 11, insbesondere eines Laserstrahls, sowie außerdem mindestens eine Scannervorrichtung 13, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich 15 lokal selektiv mit dem mindestens einen Energiestrahl 11 zu bestrahlen, um mittels des mindestens einen Energiestrahls 11 das Bauteil 3 aus dem in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterial 5 herzustellen.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Fertigungsvorrichtung 1 insbesondere zwei Strahlerzeugungsvorrichtungen 9, nämlich eine erste Strahlerzeugungsvorrichtung 9.1 und eine zweite Strahlerzeugungsvorrichtung 9.2 auf, wobei die erste Strahlerzeugungsvorrichtung 9.1 eingerichtet ist, um einen ersten Energiestrahl 11.1 zu erzeugen, und wobei die zweite Strahlerzeugungsvorrichtung 9.2 eingerichtet ist, um einen zweiten Energiestrahl 11.2 zu erzeugen. Dem ersten Energiestrahl 11.1 ist eine erste Scannervorrichtung 13.1 zugeordnet, und dem zweiten Energiestrahl 11.2 ist eine zweite Scannervorrichtung 13.2 zugeordnet, um den Arbeitsbereich 15 lokal selektiv mit den Energiestrahlen 11.1, 11.2 zu bestrahlen.
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Die Fertigungsvorrichtung 1 weist weiterhin eine insbesondere als eine Rechenvorrichtung 8 ausgebildete Steuervorrichtung 17 auf, die mit der Scannervorrichtung 13 und bevorzugt auch mit der Strahlerzeugungsvorrichtung 9 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung 13 und gegebenenfalls die Strahlerzeugungsvorrichtung 9 anzusteuern. Dabei ist die Steuervorrichtung 17 eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden näher beschriebenen Verfahrens zum Planen der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem mindestens einen Energiestrahl 11, kurz auch als Planungsverfahren bezeichnet.
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Insbesondere weist die Steuervorrichtung 17 hierzu die insbesondere als eine weitere Rechenvorrichtung 10 ausgebildete Planungsvorrichtung 7 auf, die entsprechend zur Durchführung des Planungsverfahrens eingerichtet ist. Alternativ ist es möglich, dass die Steuervorrichtung 17 selbst als die Planungsvorrichtung 7 ausgebildet ist. Es ist aber in einer hier nicht dargestellten Ausgestaltung auch möglich, dass das Planungsverfahren zumindest teilweise auf einer separat zu der Fertigungsvorrichtung 1 vorgesehenen Planungsvorrichtung 7 ausgeführt wird.
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Die Fertigungsvorrichtung 1 ist insbesondere eingerichtet, um das Bauteil 3 schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterialschichten aufzubauen. Hierzu ist der Arbeitsbereich 15, insbesondere in Form eines Pulverbetts, auf einer Bauplattform angeordnet, die im Zuge der Bereitstellung der zeitlich aufeinanderfolgenden Pulvermaterialschichten in dem Arbeitsbereich 15 schrittweise entgegen einer Hochrichtung abgesenkt wird. Das jeweils eine nächste Pulvermaterialschicht bildende Pulvermaterial 5 wird mittels eines insbesondere als Wischer oder Schieber ausgebildeten Beschichtungselements aus dem Bereich eines Vorratszylinders in den Arbeitsbereich 15 gefördert und dort durch das Beschichtungselement geglättet, sodass die jeweils aktuelle Pulvermaterialschicht bereitgestellt wird. Indem sukzessive auf diese Weise das Pulvermaterial 5 Pulvermaterialschicht für Pulvermaterialschicht mittels des mindestens einen Energiestrahls 11 in dem Arbeitsbereich 15 lokal selektiv verfestigt wird, wird das Bauteil 3 Schicht für Schicht, das heißt schichtweise, aufgebaut.
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Im Rahmen eines Verfahrens zum Fertigen des Bauteils 3 aus dem Pulvermaterial 5 wird insbesondere ein mithilfe des im Folgenden beschriebenen Planungsverfahrens erhaltener Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem mindestens einen Energiestrahl 11 bereitgestellt, und das Bauteil 3 wird gemäß dem bereitgestellten Bestrahlungsplan gefertigt. Der Bestrahlungsplan wird dabei bevorzugt bereitgestellt, indem - insbesondere durch die Planungsvorrichtung 7 - das Planungsverfahren durchgeführt wird.
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Insbesondere ist der in 1 dargestellte Arbeitsbereich 15 in einen ersten, dem ersten Energiestrahl 11.1 zugeordneten Teilbereich 15.1 und einen zweiten, dem zweiten Energiestrahl 11.2 zugeordneten Teilbereich 15.2 aufgeteilt. In dem ersten Teilbereich 15.1 angeordnete erste Bestrahlungsvektoren 21.1 - hier als durchgezogene Pfeile dargestellt - einer Mehrzahl an Bestrahlungsvektoren 21 sind dem ersten Energiestrahl 11.1 zugeordnet, das heißt sie werden durch den ersten Energiestrahl 11.1 abgearbeitet. In dem zweiten Teilbereich 15.2 angeordnete zweite Bestrahlungsvektoren 21.2 - hier als gestrichelte Pfeile dargestellt - der Mehrzahl an Bestrahlungsvektoren 21 sind dem zweiten Energiestrahl 11.2 zugeordnet, das heißt sie werden durch den zweiten Energiestrahl 11.2 abgearbeitet. Der erste Teilbereich 15.1 ist von dem zweiten Teilbereich 15.2 durch eine gedachte Grenzlinie 23 abgeteilt. Bestrahlungsvektoren 21, die die gedachte Grenzlinie 23 kreuzen, werden bevorzugt von demjenigen Energiestrahl 11 abgearbeitet, der dem Teilbereich 15.1, 15.2 zugeordnet ist, in dem ein längerer Vektorabschnitt des jeweiligen Bestrahlungsvektors 21 angeordnet ist. Sollte ein Bestrahlungsvektor 21 durch die gedachte Grenzlinie 23 genau hälftig geteilt werden, kann einem solchen Bestrahlungsvektor 21 willkürlich ein vorbestimmter Energiestrahl 11, oder zufällig einer der Energiestrahlen 11 zugeordnet werden. Alternativ kann ein derartiger Bestrahlungsvektor 21 auch in zwei separate Bestrahlungsvektoren 21 geteilt werden, die dann eindeutig einem der Energiestrahlen 11 zugeordnet werden können.
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2 zeigt eine schematische Darstellung von ersten Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit der Mehrzahl an Energiestrahlen 21.
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Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Im Rahmen des Planungsverfahrens wird die Mehrzahl an Bestrahlungsvektoren 21 geplant oder erhalten. Es werden einander benachbarte Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 aus der Mehrzahl an Bestrahlungsvektoren 21 ermittelt, für die sich aus mindestens einem Abarbeitungsunterschied in einer für die Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 geplanten Abarbeitung eine Fehlergefahr für das herzustellende Bauteil 3 ergibt. Für mindestens einen Nachbar-Bestrahlungsvektor 25 der ermittelten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 wird eine mehrfache, insbesondere zweifache Bestrahlung geplant.
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Insbesondere wird als der mindestens eine Abarbeitungsunterschied ein Unterschied in den den Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 zur Bestrahlung zugeordneten Energiestrahlen 11 verwendet.
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Bei a) ist analog zu 1 dargestellt, dass den ersten, durchgezogen dargestellten Bestrahlungsvektoren 21.1 der erste Energiestrahl 11.1 zugeordnet ist, wobei den zweiten, gestrichelt dargestellten Bestrahlungsvektoren 21.2 der zweite Energiestrahl 11.2 zugeordnet ist. Bei unzureichender Kalibrierung der Energiestrahlen 11 relativ zueinander kann es - wie hier durch einen Blitz 27 schematisch dargestellt - zu einem unzulässig hohen Versatz zwischen den ersten Bestrahlungsvektoren 21.1 und den zweiten Bestrahlungsvektoren 21.2 kommen.
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Daher werden solche Bestrahlungsvektoren 21 vorteilhaft im Rahmen des Verfahrens als Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 identifiziert. Insbesondere wird bevorzugt eine vorbestimmte Anzahl von senkrecht zur jeweiligen Vektorausrichtung benachbarten Bestrahlungsvektoren 21, bei dem konkret dargestellten Ausführungsbeispiel vier Bestrahlungsvektoren 21, als Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 identifiziert, insbesondere derart, dass die Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 in Bezug auf die gedachte Grenzlinie 23 symmetrisch verteilt angeordnet sind, hier konkret zwei erste Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.1 links von der gedachten Grenzlinie 23, und zwei zweite Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.2 rechts von der gedachten Grenzlinie 23.
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Insbesondere sind die Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 innerhalb eines vorbestimmten Bestrahlungsabschnitts 29, hier einem Streifen, entlang einer quer zu der gedachten Grenzlinie 23 orientierten Bestrahlungsreihenfolge nebeneinander angeordnet. Insbesondere wird für die Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 ein Bestrahlungsmuster 31 mit einer hier nicht explizit dargestellten Mehrzahl von Bestrahlungsabschnitten 29 geplant oder erhalten, wobei für jeden die gedachte Grenzlinie 23 überschreitenden oder berührenden Bestrahlungsabschnitt 29 - jeweils separat - Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 der Pulvermaterialschicht identifiziert werden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Bestrahlungsvektoren 21 innerhalb des Bestrahlungsabschnitts 29 parallel zueinander ausgerichtet. Alternativ ist es insbesondere möglich, dass die Bestrahlungsvektoren 21 antiparallel oder in anderer, insbesondere auch irregulärer Weise, zueinander ausgerichtet sind.
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Insbesondere wird für eine bestimmte Anzahl der Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 eine mehrfache Bestrahlung geplant.
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Bei b) ist dargestellt, dass gemäß einer Ausgestaltung die ersten Nachbar-Bestrahlungsvektor 25.1 zusätzlich von dem zweiten Energiestrahl 11.2 bestrahlt werden. Um dies zu verdeutlichen, sind neben den von dem ersten Energiestrahl 11.1 abgearbeiteten, als durchgezogene Pfeile dargestellten ersten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.1 die von dem zweiten Energiestrahl 11.2 zusätzlich abgearbeiteten ersten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.1' als gestrichelte Pfeile dargestellt. Ein Versatz zwischen den durchgezogenen Pfeilen und den gestrichelten Pfeilen ergibt sich aus der unzureichenden Kalibration zwischen den Energiestrahlen 11.1, 11.2. Die bei a) durch den Blitz 27 symbolisierte Lücke wird aber gerade aufgrund dieses Versatzes durch die zusätzliche Bestrahlung der ersten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.1 mit dem zweiten Energiestrahl 11.2 zumindest teilweise aufgefüllt.
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Bei c) ist dargestellt, dass gemäß einer anderen Ausgestaltung die zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektor 25.2 zusätzlich von dem ersten Energiestrahl 11.1 bestrahlt werden. Um dies zu verdeutlichen, sind neben den von dem zweiten Energiestrahl 11.2 abgearbeiteten, als gestrichelte Pfeile dargestellten zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.2 die von dem ersten Energiestrahl 11.1 zusätzlich abgearbeiteten zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.2' als durchgezogene Pfeile dargestellt. Ein Versatz zwischen den durchgezogenen Pfeilen und den gestrichelten Pfeilen ergibt sich wiederum aus der unzureichenden Kalibration zwischen den Energiestrahlen 11.1, 11.2. Die bei a) durch den Blitz 27 symbolisierte Lücke wird aber gerade aufgrund dieses Versatzes durch die zusätzliche Bestrahlung der zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.2 mit dem ersten Energiestrahl 11.1 zumindest teilweise aufgefüllt.
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Bei d) ist dargestellt, dass gemäß einer wieder anderen Ausgestaltung die ersten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.1 zusätzlich von dem zweiten Energiestrahl 11.2 bestrahlt werden, wobei außerdem auch die zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.2 zusätzlich von dem ersten Energiestrahl 11.1 bestrahlt werden. Insoweit sind bei dieser Ausgestaltung also die bei b) und c) dargestellten Ausgestaltungen miteinander kombiniert, sodass die bei a) durch den Blitz 27 symbolisierte Lücke besonders effektiv geschlossen wird.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit mindestens einem Energiestrahl 11.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird als der mindestens einer Abarbeitungsunterschied eine Differenz in einem für die Abarbeitung vorbestimmten Zeitpunkt verwendet. Insbesondere ist hier ersten Bestrahlungsvektoren 21.1 ein erster, früherer Zeitpunkt für die Abarbeitung zugeordnet, wobei zweiten Bestrahlungsvektoren 21.2 ein zweiter, späterer Zeitpunkt zugeordnet ist.
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Insbesondere werden nicht nur zwei unmittelbar einander benachbarte Bestrahlungsvektoren 21.1, 21.2, denen verschiedene Zeitpunkte für die Abarbeitung zugeordnet sind, als Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 identifiziert, sondern zugleich auch noch eine vorbestimmte Anzahl jeweils wiederum diesen beiden Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 insbesondere senkrecht zur jeweiligen Vektorausrichtung benachbarte Bestrahlungsvektoren 21, wobei für eine bestimmte Anzahl dieser zusätzlichen Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 ebenfalls eine mehrfache Bestrahlung geplant wird. Dabei ist ersten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.1 der erste Zeitpunkt zugeordnet, und zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.2 ist der zweite Zeitpunkt zugeordnet. Insgesamt werden hier vier Bestrahlungsvektoren 21 als Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25 identifiziert, nämlich zwei erste Bestrahlungsvektoren 21.1 als erste Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.1, und zwei zweite Bestrahlungsvektoren 21.2 als zweite Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.2.
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Ein zeitlicher Versatz in den für die Abarbeitung vorgesehenen Zeitpunkten kann sich beispielsweise daraus ergeben, dass bei einer komplexen, insbesondere zerklüfteten oder in separate Teilbereiche zerfallenden Geometrie einer Querschnittsfläche des herzustellenden Bauteils 3 lange Sprungzeiten für den mindestens einen Energiestrahl 11 vermieden werden sollen, um die Produktivität der Herstellung zu steigern. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine kreisringförmige Querschnittsfläche des Bauteils 3 durch entsprechende Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 erzeugt. Würden dabei die Bestrahlungsvektoren 21 systematisch einerseits von oben nach unten und andererseits von links nach rechts abgearbeitet, entstünde zwar kein Problem mit einem Wärmeverzug, es ergäben sich aber erhebliche Sprungzeiten von einer linken Seite zu einer rechten Seite im Bereich des nicht zur Bestrahlung vorgesehenen inneren Kreises. Um das Verfahren produktiver zu gestalten, wird daher vorteilhaft beispielsweise der obere Bereich des Kreisrings als ein erster, zusammenhängender Teilbereich 33.1 bestrahlt, wobei danach zuerst ein in 2 rechts dargestellter Abschnitt des Kreisrings als ein zweiter, an eine erste Seite des ersten Teilbereichs 33.1 angebundener Teilbereich 33.2 bestrahlt wird, wobei erst danach ein in 2 links dargestellter Abschnitt des Kreisrings als ein dritter, an eine zweite Seite des ersten Teilbereichs 33.1 angebundener dritter Teilbereich 33.3 bestrahlt wird. Die Bestrahlungsvektoren 21 in dem ersten Teilbereich 33.1 und in dem zweiten Teilbereich 33.2 sind hier die ersten Bestrahlungsvektoren 21.1, und die Bestrahlungsvektoren 21 in dem dritten Teilbereich 33.3 sind hier die zweiten Bestrahlungsvektoren 21.2. Eine Anbindungsstelle 35, an der der dritte Teilbereich 33.2 an den ersten Teilbereich 33.1 angebunden wird, ist zu Beginn der Abarbeitung der dem dritten Teilbereich 33.3 zugeordneten zweiten Bestrahlungsvektoren 21.2 bereits abgekühlt, sodass sich hier ein Wärmeverzug ergibt.
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Insbesondere werden die ersten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.1 zusätzlich zu dem zweiten Zeitpunkt bestrahlt.
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Alternativ werden die zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.2 zusätzlich zu dem ersten Zeitpunkt bestrahlt.
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Weiter alternativ werden einerseits die ersten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.1 zusätzlich zu dem zweiten Zeitpunkt bestrahlt, wobei andererseits außerdem die zweiten Nachbar-Bestrahlungsvektoren 25.2 zusätzlich zu dem ersten Zeitpunkt bestrahlt werden.
