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Die Erfindung betrifft eine Strahlführungsvorrichtung zur Führung eines Energiestrahls und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial mit einer solchen Strahlführungsvorrichtung.
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Bei einer Fertigungsvorrichtung der hier angesprochenen Art kann es vorteilhaft sein, den Energiestrahl entlang verschiedener Wege zu führen, beispielsweise um verschiedene Varianten des Energiestrahls, insbesondere verschiedene Strahlmodifikationen mit verschiedenen Strahleigenschaften zu nutzen, insbesondere um lokal material- und geometriebedingt bestimmte Bauteileigenschaften oder eine erhöhte Produktivität zu erzielen. Es ist möglich, dass eine Strahlführungsvorrichtung zu diesem Zweck ein Strahlmodifikationselement zur Modifikation des Energiestrahls, beispielsweise ein Strahlformungselement zur Formung insbesondere eines Querschnitts des Energiestrahls, umfasst. Soll der Energiestrahl entlang verschiedener Wege geführt werden, beispielsweise damit das Strahlmodifikationselement nur in bestimmten Funktionszuständen der Strahlführungsvorrichtung mit dem Energiestrahl zusammenwirkt, sind typischerweise komplexe Aufbauten mit optomechanischen Komponenten vorgesehen, um den Energiestrahl wahlweise entlang der verschiedenen Wege, beispielsweise durch das Strahlmodifikationselement oder unter Umgehung des Strahlmodifikationselements, zu führen. Insbesondere können mehrere Strahlweichen vorgesehen sein, um die beschriebene Funktion zu verwirklichen. Eine solche Ausgestaltung ist teuer, fordert einen hohen Aufwand bei Fertigung und Justage, und weist aufgrund der Mehrzahl komplexer Bauteile eine verbesserungsfähige Robustheit auf. Alternativ wäre es möglich, eine Mehrzahl verschiedener Strahlführungen oder Strahlmodifikationen des Energiestrahls durch separate Strahlführungsvorrichtungen darzustellen, was aber einen nochmals höheren Aufwand an Zeit, insbesondere für Fertigung und Justage, sowie Kosten bedingt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strahlführungsvorrichtung zur Führung eines Energiestrahls und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial mit einer solchen Strahlführungsvorrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert, vorzugsweise vermieden sind.
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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 eine Strahlführungsvorrichtung zur Führung eines Energiestrahls, insbesondere eines Laserstrahls, entlang eines Strahlpfads geschaffen wird, die mindestens ein erstes Strahlumlenkelement aufweist, das zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung verlagerbar ist. Das erste Strahlumlenkelement ist in der ersten Funktionsstellung in dem Strahlpfad an einer Umlenkposition angeordnet und eingerichtet, um den Energiestrahl - insbesondere von dem Strahlpfad weg - auf eine Ziel-Strahlachse umzulenken, und um den Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung weiter entlang des Strahlpfads propagieren zu lassen. Die Strahlführungsvorrichtung weist außerdem eine Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente auf, die in zumindest einem Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung in dem Strahlpfad angeordnet und eingerichtet sind, um den in der zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements von der Umlenkposition kommenden Energiestrahl entlang des Strahlpfads - insbesondere entlang eines ersten Strahlpfadabschnitts - zurück zu der Umlenkposition und auf die Ziel-Strahlachse zu führen. Vorteilhaft kann auf diese Weise der Energiestrahl wahlweise durch das erste Strahlumlenkelement - insbesondere direkt oder über mindestens eine weitere Umlenkung - auf die Ziel-Strahlachse umgelenkt oder aber weiter entlang des Strahlpfads, das heißt entlang eines anderen Wegs, zu der Ziel-Strahlachse geführt werden. Dabei bedarf es für die Darstellung der verschiedenen Strahlwege nur eines einzigen schalt- oder verlagerbaren Elements. Der Aufbau ist somit einfach, kostengünstig zu verwirklichen und leicht zu justieren. Zugleich ist er aufgrund der Vermeidung einer Vielzahl komplexer, schaltbarer Elemente äußerst robust. Insbesondere wird der Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements ringförmig zu der Umlenkposition und damit im Ergebnis zu der Ziel-Strahlachse zurückgeführt, insbesondere derart, dass er nach der Umlenkung durch die zweiten Strahlumlenkelemente wieder exakt auf den gedachten Auftreffpunkt des ersten Strahlumlenkelements trifft. Dies ermöglicht ein präzises Schalten zwischen den beiden Funktionsstellungen und damit auch zwischen verschiedenen Funktionszuständen der Strahlführungsvorrichtung, ohne dass die Justierung des Energiestrahls auf die Ziel-Strahlachse verloren geht. Entlang des Strahlpfads in Propagationsrichtung hinter dem ersten Strahlumlenkelement kann ein Strahlmodifikationselement angeordnet sein, sodass durch das Schalten des ersten Strahlumlenkelements zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung ausgewählt werden kann, ob der Energiestrahl mit dem Strahlmodifikationselement zusammenwirkt oder nicht. Insbesondere wirkt der Energiestrahl in der ersten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements nicht mit dem Strahlmodifikationselement zusammen, wobei er in der zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements mit dem Strahlmodifikationselement zusammenwirkt.
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Die Strahlführungsvorrichtung ist insbesondere eingerichtet, um den Energiestrahl in einer Vorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen aus einem Pulvermaterial entlang des Strahlpfads zu führen.
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Das erste Strahlumlenkelement ist insbesondere ein Strahlschaltelement oder eine Strahlweiche. Allgemein ist insbesondere jedes im Kontext der vorliegenden technischen Lehre beschriebene, zwischen zwei Funktionsstellungen verlagerbare - oder synonym schaltbare - Strahlumlenkelement ein Strahlschaltelement oder eine Strahlweiche.
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Insbesondere ist das erste Strahlumlenkelement eingerichtet, um den Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung nicht, insbesondere nicht direkt, auf die Ziel-Strahlachse umzulenken. Insbesondere erfolgt die Führung des Energiestrahls auf die Ziel-Strahlachse indirekt, insbesondere ringförmig, durch die zweiten Strahlumlenkelemente.
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Es ist möglich, dass der Energiestrahl durch das erste Strahlumlenkelement in dessen erster Funktionsstellung direkt auf die Ziel-Strahlachse umgelenkt wird. In einer anderen Ausgestaltung wird der Energiestrahl durch das erste Strahlumlenkelement in der ersten Funktionsstellung auf mindestens ein zusätzliches - im Folgenden auch als viertes Strahlumlenkelement bezeichnetes - Strahlumlenkelement umgelenkt, wobei er durch das mindestens eine zusätzliche Strahlumlenkelement wiederum auf die Ziel-Strahlachse umgelenkt wird. Das mindestens eine zusätzliche Strahlumlenkelement kann seinerseits schaltbar und damit insbesondere als ein weiteres erstes Strahlumlenkelement ausgebildet sein, wobei es dann insbesondere an einer weiteren Umlenkposition angeordnet sein kann. Es kann dann insbesondere in einer ersten Funktionsstellung den Energiestrahl zu der Ziel-Strahlachse umlenken, und ihn in einer zweiten Funktionsstellung entlang eines weiteren Strahlpfadabschnitts - insbesondere ringförmig - zurück zu der weiteren Umlenkposition propagieren lassen, wobei in dem weiteren Strahlpfadabschnitt ein weiteres Strahlmodifikationselement angeordnet sein kann.
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Es ist möglich, dass der Energiestrahl durch das erste Strahlumlenkelement und/oder die zweiten Strahlumlenkelemente geführt in einer gleichbleibenden Ebene propagiert; das heißt er wird lediglich in zwei Dimensionen oder entlang zweier kartesischer Koordinaten geführt. Anders ausgedrückt liegt der gesamte Strahlpfad in einer einzigen Ebene. Alternativ ist es möglich, dass der Energiestrahl zumindest bereichsweise zumindest auch entlang einer dritten kartesischen Koordinate propagiert. Der Strahlpfad kann sich also insbesondere auch in drei Dimensionen erstrecken.
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In einer Ausgestaltung sind die zweiten Strahlumlenkelemente sämtlich als passive Strahlführungselemente ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass keines der zweiten Strahlumlenkelemente schaltbar oder - synonym - zwischen verschiedenen Funktionsstellungen verlagerbar ist. In einer anderen Ausgestaltung kann dagegen zumindest eines der zweiten Strahlumlenkelemente zwischen zwei verschiedenen Funktionsstellungen verlagerbar, das heißt schaltbar, ausgebildet sein, insbesondere als Strahlschaltelement oder Strahlweiche. Als passive Strahlführungselemente ausgebildete zweite Strahlumlenkelemente sind bevorzugt in jedem Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung in dem Strahlpfad angeordnet, sie werden also insbesondere nicht wahlweise in den Strahlpfad hineinbewegt oder aus dem Strahlpfad hinausverlagert. Eine Ausgestaltung, bei der alle zweiten Strahlumlenkelemente als passive Strahlführungselemente ausgebildet sind, ist daher konstruktiv sehr einfach, kostengünstig und robust.
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Der Begriff „Funktionsstellung“ bezieht sich im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere auf eine räumliche Stellung oder auf einen inneren Zustand eines Strahlumlenkelements. Dass ein Strahlumlenkelement in einer Funktionsstellung angeordnet ist bedeutet im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere, dass das Strahlumlenkelement die entsprechende Funktionsstellung aufweist. Die Begriffe „anordnen“ und „verlagern“ beziehen sich mit Blick auf die Funktionsstellungen eines Strahlumlenkelements keinesfalls zwingend auf eine räumliche Verlagerung, sondern insbesondere auf ein Schalten zwischen den verschiedenen Funktionsstellungen; sie können sich somit insbesondere auch nur auf die Änderung eines inneren Zustands ohne Änderung der räumlichen Stellung beziehen; allerdings können sie in bestimmten Ausgestaltungen auch eine räumliche Verlagerung einschließen oder sogar ausschließlich eine Änderung der räumlichen Stellung umfassen.
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Der Begriff „Funktionszustand“ bezieht sich im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere auf einen Zustand der Strahlführungsvorrichtung, der insbesondere durch einen bestimmten Propagationsweg für den Energiestrahl gekennzeichnet ist. Insbesondere kann die Strahlführungsvorrichtung in einem ersten Funktionszustand angeordnet sein, wenn das erste Strahlumlenkelement in der ersten Funktionsstellung angeordnet ist. Insbesondere ist der zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements ein zweiter Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung zugeordnet. Insbesondere können der ersten und/oder zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements - wie im Folgenden noch erläutert - weitere Funktionszustände der Strahlführungsvorrichtung zugeordnet sein. Demzufolge ist es insbesondere möglich, dass die Strahlführungsvorrichtung in dem zweiten Funktionszustand angeordnet ist, wenn das erste Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung angeordnet ist. Insbesondere wenn die zweiten Strahlumlenkelemente sämtlich als passive Strahlführungselemente ausgebildet sind, ist die Strahlführungsvorrichtung in dem zweiten Funktionszustand angeordnet, wenn das erste Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung angeordnet ist.
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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), 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 Energiestrahl ist insbesondere ein optischer Arbeitsstrahl, insbesondere ein Laserstrahl. Der Energiestrahl kann kontinuierlich oder gepulst sein, insbesondere kontinuierliche Laserstrahlung oder gepulste Laserstrahlung.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung außerhalb des Strahlpfads angeordnet ist. Insbesondere ist das erste Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung nicht an der Umlenkposition, insbesondere nicht in dem Strahlpfad angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung ist das erste Strahlumlenkelement demnach wahlweise in den Strahlpfad hinein und aus dem Strahlpfad heraus verlagerbar. Vorteilhaft kann in dieser Ausgestaltung das erste Strahlumlenkelement sehr einfach und kostengünstig, insbesondere als Spiegel, ausgebildet sein.
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Alternativ ist vorgesehen, dass das erste Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung eingerichtet ist, um den Energiestrahl zumindest teilweise zu transmittieren. Insbesondere ist das erste Strahlumlenkelement in dieser Ausgestaltung in der zweiten Funktionsstellung an der Umlenkposition transparent geschaltet. Insbesondere verbleibt somit das erste Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung an der Umlenkposition. Insbesondere wird das zweite Strahlumlenkelement nicht verlagert. Vorteilhaft bedarf es in dieser Ausgestaltung keines Mechanismus, der das erste Strahlumlenkelement wahlweise in den Strahlpfad hinein und aus dem Strahlpfad heraus verlagert, sondern lediglich eines insbesondere robusteren Mechanismus zur Steuerung oder Umschaltung eines inneren Zustands des ersten Strahlumlenkelements, insbesondere um dessen Transmissionseigenschaften zu verändern. Dafür bedarf es allerdings einer komplexeren Ausgestaltung des ersten Strahlumlenkelements mit veränderbaren, insbesondere schaltbaren Transmissionseigenschaften.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass entlang des Strahlpfads - insbesondere in Propagationsrichtung hinter dem ersten Strahlumlenkelement - mindestens ein erstes Strahlmodifikationselement angeordnet ist. Somit kann vorteilhaft durch Schalten des ersten Strahlumlenkelements, das heißt durch dessen Verlagerung zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung, ausgewählt werden, ob der Energiestrahl mit dem ersten Strahlmodifikationselement zusammenwirkt oder nicht. Somit kann zumindest eine Strahleigenschaft des Energiestrahls durch Schalten des ersten Strahlumlenkelements gezielt verändert werden. Insbesondere wirkt der Energiestrahl nicht mit dem ersten Strahlmodifikationselement zusammen, wenn das erste Strahlumlenkelement in seiner ersten Funktionsstellung angeordnet ist, wobei der Energiestrahl mit dem ersten Strahlmodifikationselement zusammenwirkt, wenn das erste Strahlumlenkelement in seiner zweiten Funktionsstellung angeordnet ist.
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Insbesondere ist das erste Strahlmodifikationselement ein Strahlformungselement.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein zweites - schaltbares - Strahlumlenkelement der Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung verlagerbar ist. Das mindestens eine zweite Strahlumlenkelement ist in der ersten Funktionsstellung eingerichtet, um den Energiestrahl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts des Strahlpfads zu führen. Außerdem ist das mindestens eine zweite Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung so eingerichtet, dass der Energiestrahl entlang eines zweiten Strahlpfadabschnitts propagieren kann. Durch Schalten des mindestens einen zweiten Strahlumlenkelements zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung kann somit ausgewählt werden, ob der Energiestrahl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts oder entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts propagiert. Somit können weitere Funktionen insbesondere zur Modifikation des Energiestrahls verwirklicht werden.
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Insbesondere ist das mindestens eine zweite Strahlumlenkelement als Strahlschaltelement oder Strahlweiche ausgebildet.
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In einer Ausführungsform sind zwei zweite Strahlumlenkelemente oder mehr als zwei zweite Strahlumlenkelemente zwischen einer jeweiligen ersten Funktionsstellung und einer jeweiligen zweiten Funktionsstellung verlagerbar, das heißt insbesondere als Strahlschaltelemente oder Strahlweichen ausgebildet. In einer Ausgestaltung ist es möglich, dass zur Führung des Energiestrahls entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts, insbesondere anstelle des ersten Strahlpfadabschnitts, zwei schaltbare zweite Strahlumlenkelemente - insbesondere synchron - geschaltet werden müssen.
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Insbesondere ist die Strahlführungsvorrichtung in einem zweiten Funktionszustand angeordnet, wenn das erste Strahlumlenkelement in seiner zweiten Funktionsstellung und zugleich das mindestens eine schaltbare zweite Strahlumlenkelement in seiner ersten Funktionsstellung ist. Insbesondere ist die Strahlführungsvorrichtung in einem dritten Funktionszustand angeordnet, wenn das erste Strahlumlenkelement in seiner zweiten Funktionsstellung und zugleich das mindestens eine schaltbare zweite Strahlumlenkelement in seiner zweiten Funktionsstellung ist. Wie zuvor bereits ausgeführt, ist jedem Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung ein eigener Propagationsweg für den Energiestrahl zugeordnet.
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Insbesondere sind entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts weitere zweite Strahlumlenkelemente angeordnet, um den Energiestrahl entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts zu führen. Die hier beschriebene Ausgestaltung kann insbesondere - durch die Verwendung weiterer schaltbarer zweiter Strahlumlenkelemente - kaskadiert werden, um eine Mehrzahl von Strahlpfadabschnitten und damit insbesondere eine Mehrzahl von Modifikationen für den Energiestrahl verwirklichen zu können.
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In einer Ausführungsform ist die Strahlführungsvorrichtung derart eingerichtet, dass der Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung des zweiten Strahlumlenkelements unter Umgehung des ersten Strahlpfadabschnitts entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts propagieren kann. Sind beispielsweise in dem ersten Strahlpfadabschnitt ein erstes Strahlmodifikationselement und in dem zweiten Strahlpfadabschnitt ein zweites Strahlmodifikationselement angeordnet, kann bei dieser Ausführungsform vorteilhaft zwischen dem ersten Strahlmodifikationselement und dem zweiten Strahlmodifikationselement umgeschaltet werden.
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In einer anderen Ausführungsform ist die Strahlführungsvorrichtung derart eingerichtet, dass der Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung des zweiten Strahlumlenkelements entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts und zusätzlich entlang des ersten Strahlpfadabschnitts propagieren kann. Sind beispielsweise in dem ersten Strahlpfadabschnitt ein erstes Strahlmodifikationselement und in dem zweiten Strahlpfadabschnitt ein zweites Strahlmodifikationselement angeordnet, wirkt bei dieser Ausführungsform vorteilhaft in der ersten Funktionsstellung des zweiten Strahlumlenkelements nur das erste Strahlmodifikationselement mit dem Energiestrahl zusammen, wobei in der zweiten Funktionsstellung des zweiten Strahlumlenkelements sowohl das erste Strahlmodifikationselement als auch das zweite Strahlmodifikationselement mit dem Energiestrahl zusammenwirken.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine erste Strahlmodifikationselement in dem ersten Strahlpfadabschnitt angeordnet ist, wobei in dem zweiten Strahlpfadabschnitt mindestens ein zweites Strahlmodifikationselement angeordnet ist. Vorteilhaft können auf diese Weise insbesondere die zuvor bereits beschriebenen Funktionen und Modifikationen des Energiestrahls verwirklicht werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strahlführungsvorrichtung mindestens ein drittes Strahlumlenkelement aufweist, das zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung verlagerbar ist. Das mindestens eine dritte Strahlumlenkelement ist eingerichtet, um den Energiestrahl in der ersten Funktionsstellung unter Umgehung eines dritten Strahlpfadabschnitts entlang des Strahlpfads propagieren zu lassen, und um den Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung entlang des dritten Strahlpfadabschnitts zu führen. In einer Ausgestaltung ist es möglich, dass zur Führung des Energiestrahls entlang des dritten Strahlpfadabschnitts, insbesondere anstelle des ersten oder zweiten Strahlpfadabschnitts, zwei schaltbare dritte Strahlumlenkelemente - insbesondere synchron - geschaltet werden müssen.
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Insbesondere ist das mindestens eine dritte Strahlumlenkelement - insbesondere im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Strahlumlenkelementen - so ausgebildet, dass es die Propagation des Energiestrahls in seiner ersten Funktionsstellung nicht ablenkt, während es den Energiestrahl in seiner zweiten Funktionsstellung umlenkt. Insbesondere ist das mindestens eine dritte Strahlumlenkelement in einer Ausgestaltung als ein Strahlschaltelement ausgebildet, das zur Verwirklichung eines zusätzlichen Propagationswegs oder einer Zusatzfunktion in den Strahlpfad hineingeschaltet wird. Es ist also insbesondere in seiner zweiten Funktionsstellung in den Strahlpfad hineinverlagert, wobei es in seiner ersten Funktionsstellung aus dem Strahlpfad hinausverlagert oder außerhalb des Strahlpfads angeordnet ist. Alternativ ist das mindestens eine dritte Strahlumlenkelement in einer anderen Ausgestaltung als ein Strahlschaltelement ausgebildet, das den Energiestrahl in der ersten Funktionsstellung zumindest teilweise transmittiert, während es ihn in seiner zweiten Funktionsstellung umlenkt, insbesondere reflektiert.
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Die erste Funktionsstellung des mindestens einen dritten Strahlumlenkelements ist dabei - insbesondere je nach Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements und des zweiten Strahlumlenkelements - insbesondere dem zweiten Funktionszustand und/oder dem dritten Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung zugeordnet. Die zweite Funktionsstellung des mindestens einen dritten Strahlumlenkelements ist insbesondere einem vierten Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung zugeordnet. Insbesondere ist die Strahlführungsvorrichtung in dem vierten Funktionszustand angeordnet, wenn das erste Strahlumlenkelement und das dritte Strahlumlenkelement, und gegebenenfalls auch das mindestens eine schaltbare zweite Strahlumlenkelement, jeweils in ihrer zweiten Funktionsstellung sind.
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Insbesondere ist das dritte Strahlumlenkelement eingerichtet, um den Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung unter Umgehung des ersten Strahlpfadabschnitts und/oder des zweiten Strahlpfadabschnitts entlang des dritten Strahlpfadabschnitts zu führen.
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In einer Ausführungsform ist in dem dritten Strahlpfadabschnitt mindestens ein drittes Strahlmodifikationselement angeordnet. Insbesondere auf diese Weise kann eine Zusatzfunktion oder weitere Strahlmodifikation für den Energiestrahl bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Strahlpfadabschnitt des Strahlpfads als Freistrahlstrecke ausgebildet ist. In einer Ausgestaltung ist es möglich, dass der Strahlpfad insgesamt als Freistrahlstrecke ausgebildet ist. Insbesondere ist auch die Ziel-Strahlachse als Freistrahlstrecke ausgeführt.
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Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass mindestens ein Strahlpfadabschnitt des Strahlpfads als Faserabschnitt ausgebildet ist. In einer Ausgestaltung ist es möglich, dass der Strahlpfad insgesamt als Faserstrecke ausgeführt ist. Insbesondere ist auch die Ziel-Strahlachse als Faserstrecke ausgeführt. Es ist aber auch möglich, dass der Strahlpfad sowohl mindestens einen als Freistrahlstrecke ausgeführten Abschnitt als auch mindestens einen als Faserstrecke ausgeführten Abschnitt aufweist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eines der Strahlumlenkelemente der Strahlführungsvorrichtung, insbesondere ausgewählt aus dem mindestens einen ersten Strahlumlenkelement, dem mindestens einen zweiten Strahlumlenkelement und dem mindestens einen dritten Strahlumlenkelement, als Spiegel ausgebildet ist. Dies stellt eine besonders einfache und zugleich funktionale Ausgestaltung eines Strahlumlenkelements dar.
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In einer Ausführungsform ist mindestens eines der - insbesondere schaltbaren - Strahlumlenkelemente, insbesondere ausgewählt aus dem mindestens einen ersten Strahlumlenkelement, dem mindestens einen zweiten Strahlumlenkelement und dem mindestens einen dritten Strahlumlenkelement, als schwenkbarer oder drehbarer Spiegel ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eines der Strahlmodifikationselemente der Strahlführungsvorrichtung eingerichtet ist, um einen Strahldurchmesser, eine Intensitätsverteilung, eine Polarisation und/oder eine zeitliche Modulation des Energiestrahls zu beeinflussen.
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Insbesondere ist das mindestens eine Strahlmodifikationselement ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Strahlformungselement, insbesondere eingerichtet zur Erzeugung einer runden, insbesondere rotationssymmetrischen, oder einer nicht-rotationssymmetrischen, insbesondere elliptischen Querschnittsform des Energiestrahls; einem Strahlteiler; einem Strahlversatzelement, eingerichtet zum Bewirken eines lateralen oder axialen Versatzes des Energiestrahls; einem Polarisationsmodifikationselement, eingerichtet zur Änderung oder Definition eines Polarisationszustandes des Energiestrahls; einem Frequenzkonversionselement; und einem Modulationselement, insbesondere eingerichtet zum Aufprägen einer zusätzlichen Modulation auf den Energiestrahl.
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Unter einem axialen Versatz des Energiestrahls wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Änderung einer Fokuslage des Energiestrahls verstanden.
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Die Möglichkeit, zwischen verschiedenen Modifikationen des Energiestrahls umzuschalten ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine bestimmte Modifikation oder Eigenschaft des Energiestrahls mit einer Einbuße in der Leistung verbunden ist, die nicht allgemein, das heißt nicht für alle Betriebsbedingungen oder durchzuführenden Prozesse einer Fertigungsvorrichtung hingenommen werden kann. Benötigt man beispielsweise für einen ersten Prozess mindestens 1 kW Leistung, kann gegebenenfalls - insbesondere abhängig von einer Nennleistung einer Strahlerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung des Energiestrahls - für diesen Prozess auf eine bestimmte Modifikation des Energiestrahls verzichtet werden, während diese Modifikation gegebenenfalls bei einem zweiten Prozess benötigt wird, bei dem dafür beispielsweise 20 % Leistungsverluste hingenommen werden können.
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In einer Ausführungsform ist das mindestens eine Strahlmodifikationselement ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Linse, einem Teleskop, und einem Polarisationsfilter.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strahlführungsvorrichtung das erste Strahlumlenkelement als ein erstes erstes Strahlumlenkelement und außerdem mindestens ein viertes Strahlumlenkelement aufweist, das eingerichtet ist, um zumindest in einer ersten Funktionsstellung den Energiestrahl von der Umlenkposition als einer ersten Umlenkposition auf die Ziel-Strahlachse umzulenken, wenn das erste erste Strahlumlenkelement in seiner ersten Funktionsstellung ist, wobei vorzugsweise mindestens ein viertes Strahlumlenkelement des mindestens einen vierten Strahlumlenkelements als ein zweites erstes Strahlumlenkelement ausgebildet und derart eingerichtet ist, dass der Energiestrahl in einer zweiten Funktionsstellung des zweiten ersten Strahlumlenkelements entlang eines vierten Strahlpfadabschnitts propagieren kann. Insbesondere ist das zweite erste Strahlumlenkelement an einer zweiten Umlenkposition angeordnet, und der Energiestrahl wird in der zweiten Funktionsstellung des zweiten ersten Strahlumlenkelements - insbesondere ringförmig - zu der zweiten Umlenkposition zurückgeführt, insbesondere wiederum durch eine Mehrzahl entlang des vierten Strahlpfadabschnitts angeordneter zweiter Strahlumlenkelemente.
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Insbesondere weist die Strahlführungsvorrichtung die Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente auf, die angeordnet und eingerichtet sind, um den Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung des ersten ersten Strahlumlenkelements entlang des ersten Strahlpfadabschnitts zu führen.
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Insbesondere ist die Strahlführungsvorrichtung derart eingerichtet, dass der Energiestrahl dann, wenn das erste erste Strahlumlenkelement und das zweite erste Strahlumlenkelement jeweils in ihrer ersten Funktionsstellung sind, zu der Ziel-Strahlachse umgelenkt wird, ohne entlang des ersten Strahlpfadabschnitts oder entlang des vierten Strahlpfadabschnitts zu propagieren. Dies entspricht dem ersten Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung. Sind dagegen das erste erste Strahlumlenkelement in seiner zweiten Funktionsstellung und zugleich das zweite erste Strahlumlenkelement in seiner ersten Funktionsstellung, propagiert der Energiestrahl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts, wobei er anschließend durch das zweite erste Strahlumlenkelement zu der Ziel-Strahlachse umgelenkt wird, ohne entlang des vierten Strahlpfadabschnitts zu propagieren. Dies entspricht dem zweiten Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung. Sind das erste erste Strahlumlenkelement in seiner ersten Funktionsstellung und zugleich das zweite erste Strahlumlenkelement in seiner zweiten Funktionsstellung, propagiert der Energiestrahl entlang des vierten Strahlpfadabschnitts, ohne entlang des ersten Strahlpfadabschnitts zu propagieren. Dies entspricht einem fünften Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung. Sind sowohl das erste erste Strahlumlenkelement als auch das zweite erste Strahlumlenkelement jeweils in ihrer zweiten Funktionsstellung angeordnet, propagiert der Energiestrahl sowohl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts als auch entlang des vierten Strahlpfadabschnitts. Dies entspricht einem sechsten Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung. Somit kann vorteilhaft bei der hier beschriebenen Ausgestaltung ausgewählt werden, ob der Energiestrahl unter Umgehung des ersten Strahlpfadabschnitts und des vierten Strahlpfadabschnitts auf die Ziel-Strahlachse gelenkt wird, oder ob der Energiestrahl nur entlang des ersten Strahlpfadabschnitts oder nur entlang des vierten Strahlpfadabschnitts propagiert, oder ob der Energiestrahl sowohl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts als auch entlang des vierten Strahlpfadabschnitts propagiert. Somit wird quasi eine und/oder-Verknüpfung zwischen dem ersten Strahlpfadabschnitt und dem vierten Strahlpfadabschnitt erreicht. Ist in dem ersten Strahlpfadabschnitt und in dem vierten Strahlpfadabschnitt jeweils ein Strahlmodifikationselement angeordnet, kann beliebig zwischen den Strahlmodifikationselementen ausgewählt oder auch eine Kombination der Strahlmodifikationselemente verwirklicht werden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, die eine Strahlerzeugungsvorrichtung aufweist, wobei die Strahlerzeugungsvorrichtung eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls. Die Fertigungsvorrichtung weist außerdem eine Scannervorrichtung auf, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich lokal selektiv mit dem Energiestrahl zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Weiterhin weist die Fertigungsvorrichtung eine erfindungsgemäße Strahlführungsvorrichtung oder eine Strahlführungsvorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf, wobei die Strahlführungsvorrichtung derart relativ zu der Strahlerzeugungsvorrichtung angeordnet ist, dass der von der Strahlerzeugungsvorrichtung erzeugte Energiestrahl im Betrieb der Fertigungsvorrichtung von der Strahlerzeugungsvorrichtung zu der Umlenkposition propagiert, und wobei die Strahlführungsvorrichtung derart relativ zu der Scannervorrichtung angeordnet ist, dass die Ziel-Strahlachse mit einer Eintritts-Strahlachse der Scannervorrichtung zusammenfällt. In Zusammenhang mit der Fertigungsvorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit der Strahlführungsvorrichtung erläutert wurden. Weiterhin wird somit vorteilhaft der Energiestrahl stets zielgenau in die Scannervorrichtung geführt, unabhängig davon, welchen Propagationsweg er nimmt, und insbesondere unabhängig davon, mit welchen Strahlmodifikationselementen er gegebenenfalls zusammenwirkt.
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Insbesondere propagiert der Energiestrahl im Betrieb der Fertigungsvorrichtung über mindestens eine Freistrahlstrecke und/oder mindestens eine Faserstrecke von der Strahlerzeugungsvorrichtung zu der Umlenkposition.
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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 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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Bevorzugt ist die Strahlerzeugungsvorrichtung als Laser ausgebildet. Der 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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Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fertigungsvorrichtung eine Steuervorrichtung aufweist, wobei die Steuervorrichtung mit der Strahlführungsvorrichtung wirkverbunden und eingerichtet, um einen Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung auszuwählen und/oder einzustellen. Insbesondere ist die Steuervorrichtung mit zumindest einem schaltbaren Strahlumlenkelement, insbesondere mit dem ersten Strahlumlenkelement und gegebenenfalls mit mindestens einem schaltbaren zweiten, dritten und/oder vierten Strahlumlenkelement, wirkverbunden und eingerichtet, um das jeweilige Strahlumlenkelement in seine verschiedenen Funktionsstellungen zu schalten.
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Insbesondere ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um den Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung umzuschalten. Insbesondere ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um die Funktionsstellung von mindestens einem schaltbaren Strahlumlenkelement umzuschalten.
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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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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Strahlführungsvorrichtung in einem ersten Funktionszustand;
- 2 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Strahlführungsvorrichtung in einem zweiten Funktionzustand;
- 3a, b je eine schematische Darstellung zweier Ausgestaltungen eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Strahlführungsvorrichtung;
- 4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Strahlführungsvorrichtung, und
- 5 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung mit einem vierten Ausführungsbeispiel einer Strahlführungsvorrichtung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung 1 zum additiven Fertigen von Bauteilen 3 aus einem Pulvermaterial mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Strahlführungsvorrichtung 13 zur Führung eines Energiestrahls 7, insbesondere eines Laserstrahls, entlang eines Strahlpfads 19, wobei die Strahlführungsvorrichtung 13 in einem ersten Funktionszustand dargestellt ist.
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Die Fertigungsvorrichtung 1 weist eine Strahlerzeugungsvorrichtung 5, insbesondere einen Laser, auf, die eingerichtet ist zum Erzeugen des Energiestrahls 7. Außerdem weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine Scannervorrichtung 9 auf, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich 11 lokal selektiv mit dem Energiestrahl 7 zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls 7 ein Bauteil 3 aus dem in dem Arbeitsbereich 11 angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist weiterhin die Strahlführungsvorrichtung 13 auf, wobei die Strahlführungsvorrichtung 13 derart relativ zu der Strahlerzeugungsvorrichtung 5 angeordnet ist, dass der von der Strahlerzeugungsvorrichtung 5 erzeugte Energiestrahl 7 im Betrieb der Fertigungsvorrichtung 1 von der Strahlerzeugungsvorrichtung 5 zu einer Umlenkposition 15 der Strahlführungsvorrichtung 13 propagiert. Dabei ist die Strahlführungsvorrichtung 13 derart relativ zu der Scannervorrichtung 9 angeordnet, dass die Ziel-Strahlachse A mit einer Eintritts-Strahlachse E der Scannervorrichtung 9 zusammenfällt.
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Die Fertigungsvorrichtung 1 weist außerdem eine Steuervorrichtung 17 auf, die mit der Strahlführungsvorrichtung 13 wirkverbunden und eingerichtet, um einen Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung 13 auszuwählen und/oder einzustellen, insbesondere umzuschalten.
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Die Strahlführungsvorrichtung 13 weist mindestens ein erstes Strahlumlenkelement 21 auf, das zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung geschaltet werden kann. Das erste Strahlumlenkelement 21 ist in 1 in seiner ersten Funktionsstellung dargestellt und in dem Strahlpfad 19 an der Umlenkposition 15 angeordnet. In der ersten Funktionsstellung ist es eingerichtet, um den Energiestrahl 7 - insbesondere von dem Strahlpfad 19 weg - auf die Ziel-Strahlachse A und damit auf die Eintritts-Strahlachse E der Scannervorrichtung 9 umzulenken.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Strahlführungsvorrichtung 13 in einem zweiten Funktionsumfang.
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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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In 2 ist das erste Strahlumlenkelement 21 in seiner zweiten Funktionsstellung dargestellt, in der es eingerichtet ist, um den Energiestrahl 7 weiter entlang des Strahlpfads 19 propagieren zu lassen. Die Strahlführungsvorrichtung 13 weist eine Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente 23 auf, die in zumindest einem Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung 13 in dem Strahlpfad 19 angeordnet und eingerichtet sind, um den in der zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements 21 von der Umlenkposition 15 kommenden Energiestrahl 7 entlang des Strahlpfads 19 - insbesondere entlang eines ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 - zurück zu der Umlenkposition 15 und auf die Ziel-Strahlachse A und damit zugleich auf die Eintritts-Strahlachse E der Scannervorrichtung 9 zu führen.
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Unabhängig von der Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements 21 wird somit der Energiestrahl 7 vorteilhaft präzise auf dieselbe Eintritts-Strahlachse E der Scannervorrichtung 9 geführt.
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Es ist möglich, dass das erste Strahlumlenkelement 21 in der zweiten Funktionsstellung außerhalb des Strahlpfads 19 angeordnet ist. Alternativ ist das erste Strahlumlenkelement 21 eingerichtet, um den Energiestrahl 7 zumindest teilweise zu transmittieren.
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Vorzugsweise ist entlang des Strahlpfads 19 mindestens ein erstes Strahlmodifikationselement 25, insbesondere ein Strahlformungselement, angeordnet.
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3a zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Fertigungsvorrichtung 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der Strahlführungsvorrichtung 13.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann mindestens ein zweites Strahlumlenkelement 23 der Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente 23 zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung geschaltet werden, wobei das mindestens eine zweite Strahlumlenkelement 23 in der ersten Funktionsstellung eingerichtet ist, um den Energiestrahl 7 entlang eines ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 des Strahlpfads 19 zu führen, und wobei das mindestens eine zweite Strahlumlenkelement 23 in der zweiten Funktionsstellung so eingerichtet ist, dass der Energiestrahl 7 entlang eines zweiten Strahlpfadabschnitts 19.2 propagieren kann.
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Insbesondere sind entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts 19.2 weitere zweite Strahlumlenkelemente 23 angeordnet, um den Energiestrahl 7 entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts 19.2 zu führen. Diese Ausgestaltung kann kaskadiert werden, was insbesondere durch Punkte am oberen Rand von 3 dargestellt ist, die eine entsprechende Fortsetzung des skizzierten Aufbaus mit weiteren schaltbaren zweiten Strahlumlenkelementen 23 andeuten.
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Insbesondere sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel immer zwei zweite Strahlumlenkelemente 23 - eines am Beginn und eines am Ende des jeweiligen Strahlpfadabschnitts 19.1, 19.2 - gemeinsam zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung schaltbar, um zwischen den verschiedenen Strahlpfadabschnitten 19.1, 19.2 auszuwählen.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Strahlführungsvorrichtung 13 derart eingerichtet, dass der Energiestrahl 7 in der zweiten Funktionsstellung der zweiten Strahlumlenkelemente 23 unter Umgehung des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts 19.2 propagieren kann. Dabei ist vorzugsweise das mindestens eine erste Strahlmodifikationselement 25 in dem ersten Strahlpfadabschnitt 19.1 angeordnet, wobei in dem zweiten Strahlpfadabschnitt 19.2 mindestens ein zweites Strahlmodifikationselement 27 angeordnet ist. Somit kann bei dieser Ausführungsform vorteilhaft zwischen dem ersten Strahlmodifikationselement 25 und dem zweiten Strahlmodifikationselement 27 umgeschaltet werden. Es wird somit eine exklusive oder-Verknüpfung zwischen dem ersten Strahlmodifikationselement 25 und dem zweiten Strahlmodifikationselement 27 verwirklicht.
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3b zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels der Fertigungsvorrichtung 1 mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der Strahlführungsvorrichtung 13.
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Bei dieser zweiten Ausgestaltung ist zusätzlich mindestens ein drittes Strahlumlenkelement 29 vorgesehen, das zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung geschaltet werden kann, wobei das mindestens eine dritte Strahlumlenkelement 29 eingerichtet ist, um den Energiestrahl 7 in seiner ersten Funktionsstellung unter Umgehung eines dritten Strahlpfadabschnitts 19.3 entlang des Strahlpfads 19 propagieren zu lassen, und in seiner zweiten Funktionsstellung - insbesondere unter Umgehung des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 und/oder des zweiten Strahlpfadabschnitts 19.2 - entlang des dritten Strahlpfadabschnitts 19.3 zu führen. Vorzugsweise ist in dem dritten Strahlpfadabschnitt 19.3 mindestens ein drittes Strahlmodifikationselement 31 angeordnet.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 3a, b kann somit ausgewählt werden, ob der Energiestrahl 7 mit dem ersten Strahlmodifikationselement 25, oder mit dem zweiten Strahlmodifikationselement 27, oder - zusätzlich gemäß der zweiten Ausgestaltung - mit dem dritten Strahlmodifikationselement 31 zusammenwirkt. Es wird also insbesondere eine exklusive oder-Verknüpfung zwischen den Strahlmodifikationselementen 25, 27, 31 verwirklicht.
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Unabhängig von dem konkreten Ausführungsbeispiel oder der konkreten Ausgestaltung der Strahlführungsvorrichtung 13 ist vorzugsweise mindestens ein Strahlpfadabschnitt 19.1, 19.2, 19.3 des Strahlpfads 19 als Freistrahlstrecke oder als Faserabschnitt ausgebildet. Eine Kombination aus mindestens einer Freistrahlstrecke und mindestens einem Faserabschnitt ist möglich, es ist aber auch möglich, dass alle Strahlpfadabschnitte 19.1, 19.2, 19.3 gleichermaßen entweder als Freistrahlstrecken oder als Faserabschnitte ausgebildet sind. Alternativ oder zusätzlich ist mindestens eines der Strahlumlenkelemente 21, 23, 29 der Strahlführungsvorrichtung 13 als Spiegel, insbesondere als schwenkbarer oder drehbarer Spiegel, ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt mindestens eines der Strahlmodifikationselemente 25, 27, 31 der Strahlführungsvorrichtung 13 eingerichtet, um einen Strahldurchmesser, eine Intensitätsverteilung, eine Polarisation und/oder eine zeitliche Modulation des Energiestrahls 7 zu beeinflussen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Fertigungsvorrichtung 1 mit einem dritten Ausführungsbeispiel der Strahlführungsvorrichtung 13.
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Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel ist die Strahlführungsvorrichtung 13 derart eingerichtet, dass der Energiestrahl 7 in der zweiten Funktionsstellung des gestrichelt dargestellten schaltbaren zweiten Strahlumlenkelements 23 entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts 19.2 und zusätzlich entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 propagieren kann. Vorzugsweise sind dabei in dem ersten Strahlpfadabschnitt 19.1 das erste Strahlmodifikationselement 25 und in dem zweiten Strahlpfadabschnitt 19.2 das zweite Strahlmodifikationselement 27 angeordnet. Somit kann durch Ansteuerung des ersten Strahlumlenkelements 21 und des schaltbaren zweiten Strahlumlenkelements 23 ausgewählt werden, ob der Energiestrahl 7 mit keinem der Strahlmodifikationselement 25, 27, oder nur mit dem ersten Strahlmodifikationselement 25, oder sowohl mit dem ersten Strahlmodifikationselement 25 als auch mit dem zweiten Strahlmodifikationselement 27 zusammenwirkt. Es wird also eine und-Verknüpfung zwischen den beiden Strahlmodifikationselementen 25, 27 verwirklicht.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Fertigungsvorrichtung 1 mit einem vierten Ausführungsbeispiel der Strahlführungsvorrichtung 13.
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Bei dem vierten Ausgangsbeispiel weist die Strahlführungsvorrichtung 13 das erste Strahlumlenkelement 21 als ein erstes erstes Strahlumlenkelement 21.1 und außerdem mindestens ein viertes Strahlumlenkelement 33 auf. Das vierte Strahlumlenkelement 33 ist eingerichtet, um zumindest in einer ersten Funktionsstellung den von der Umlenkposition 15 als einer ersten Umlenkposition 15.1 her kommenden Energiestrahl 7 auf die Ziel-Strahlachse A umzulenken, wenn das erste erste Strahlumlenkelement 21.1 in seiner ersten Funktionsstellung ist. Mindestens ein viertes Strahlumlenkelement 33 des mindestens einen vierten Strahlumlenkelements 33 ist schaltbar und als ein zweites erstes Strahlumlenkelement 21.2 ausgebildet sowie derart eingerichtet, dass der Energiestrahl 7 in einer zweiten Funktionsstellung des zweiten ersten Strahlumlenkelements 21.2 entlang eines vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 propagieren kann.
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Insbesondere ist das zweite erste Strahlumlenkelement 21.2 an einer zweiten Umlenkposition 15.2 angeordnet, und der Energiestrahl 7 wird in der zweiten Funktionsstellung des zweiten ersten Strahlumlenkelements 21.2 - insbesondere ringförmig - zu der zweiten Umlenkposition 15.2 zurückgeführt, insbesondere wiederum durch eine Mehrzahl entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 angeordneter zweiter Strahlumlenkelemente 23.
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Insbesondere weist die Strahlführungsvorrichtung 13 auch die Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente 23 auf, die angeordnet und eingerichtet sind, um den Energiestrahl 7 in der zweiten Funktionsstellung des ersten ersten Strahlumlenkelements 21.2 entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 zu führen.
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Insbesondere ist die Strahlführungsvorrichtung 13 derart eingerichtet, dass der Energiestrahl 7 dann, wenn das erste erste Strahlumlenkelement 21.1 und das zweite erste Strahlumlenkelement 21.2 jeweils in ihrer ersten Funktionsstellung sind, zu der Ziel-Strahlachse A umgelenkt wird, wobei er weder entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 noch entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 propagiert. Sind das erste erste Strahlumlenkelement 21.1 in seiner zweiten Funktionsstellung und zugleich das zweite erste Strahlumlenkelement 21.2 in seiner ersten Funktionsstellung, propagiert der Energiestrahl 7 entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1, wobei er anschließend durch das zweite erste Strahlumlenkelement 21.2 zu der Ziel-Strahlachse A umgelenkt wird, ohne entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 zu propagieren. Sind das erste erste Strahlumlenkelement 21.1 in seiner ersten Funktionsstellung und zugleich das zweite erste Strahlumlenkelement 21.2 in seiner zweiten Funktionsstellung, propagiert der Energiestrahl 7 entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4, ohne entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 zu propagieren. Sind sowohl das erste erste Strahlumlenkelement 21.1 als auch das zweite erste Strahlumlenkelement 21.2 jeweils in ihrer zweiten Funktionsstellung, propagiert der Energiestrahl 7 sowohl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 als auch entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4. Somit kann vorteilhaft bei dem vierten Ausführungsbeispiel durch Ansteuerung des ersten ersten Strahlumlenkelements 21.1 und des zweiten ersten Strahlumlenkelements 21.2 ausgewählt werden, ob der Energiestrahl 7 unter Umgehung sowohl des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 als auch des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 auf die Ziel-Strahlachse A gelenkt wird, oder ob der Energiestrahl 7 nur entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 oder nur entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 propagiert, oder ob der Energiestrahl 7 sowohl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 als auch entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 propagiert. Somit wird eine und/oder-Verknüpfung zwischen dem ersten Strahlpfadabschnitt 19.1 und dem vierten Strahlpfadabschnitt 19.4 verwirklicht.
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In dem ersten Strahlpfadabschnitt 19.1 ist bevorzugt das erste Strahlmodifikationselement 25 angeordnet, und in dem vierten Strahlpfadabschnitt 19.4 ist ein viertes Strahlmodifikationselement 35 angeordnet. Auf diese Weise kann beliebig zwischen dem ersten Strahlmodifikationselement 25 und dem vierten Strahlmodifikationselement 35 ausgewählt oder auch eine Kombination der Strahlmodifikationselemente 25, 35, insbesondere also eine und/oder-Verknüpfung zwischen den Strahlmodifikationselementen 25, 35 verwirklicht werden.
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Die hier dargestellten, verschiedenen Ausführungsbeispiele können in verschiedener Weise miteinander kombiniert und/oder kaskadiert werden, um verschiedene Funktionalitäten oder Verknüpfungen von Strahlmodifikationselementen 25, 27, 31, 35 und damit Modifikationen des Energiestrahls 7 zu erhalten.
