DE102022120449A1

DE102022120449A1 - Verfahren und Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, Verfahren zum Ermitteln einer optimalen Schichtzykluszeit und Verfahren und Fertigungsvorrichtung zum Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial

Info

Publication number: DE102022120449A1
Application number: DE102022120449.9A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Gutmann
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2022-08-12
Filing date: 2022-08-12
Publication date: 2024-02-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit einem Energiestrahl (11), um mindestens ein Bauteil (3) aus einem Pulvermaterial (5) mittels des Energiestrahls (11) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials (5) durch lokal selektive Verfestigung des in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterials (5) herzustellen, wobei eine Schichtzykluszeit von einem Beginn der Bestrahlung eines Querschnittsflächenbereichs des Bauteils (3) in einer ersten Pulvermaterialschicht bis zu einem Beginn der Bestrahlung desselben Querschnittsflächenbereichs des Bauteils (3) in einer zweiten, unmittelbar nachfolgenden Pulvermaterialschicht ermittelt wird, wobei die ermittelte Schichtzykluszeit mit einer optimalen Schichtzykluszeit verglichen wird, und wobei mindestens eine Anpassungsmaßnahme geplant wird, wenn die ermittelte Schichtzykluszeit von der optimalen Schichtzykluszeit abweicht, wobei insbesondere ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs (15) mit dem Energiestrahl (11) erhalten oder verändert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, ein Verfahren zum Ermitteln einer optimalen Schichtzykluszeit, und ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zum Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial.
Bei Verfahren, bei denen Bauteile aus einem Pulvermaterial mittels eines Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in einem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials durch lokal selektive Verfestigung des in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterials hergestellt werden - was auch als Pulverbettfusionieren (Powder Bed Fusion - PBF) bezeichnet wird -, hängen lokale Eigenschaften wie Dichte und mechanische Kennwerte der entstehenden Bauteile stark von einer lokalen Temperatur in der momentan bestrahlten Pulvermaterialschicht zum Zeitpunkt der Bestrahlung ab. Schwanken diese Temperaturen insbesondere zwischen verschiedenen Pulvermaterialschichten, kann es zu stark inhomogenen Verteilungen der entsprechenden Eigenschaften bis hin zu Bauteilfehlern wie Rissen, Poren und/oder einer eingeschränkten Baubarkeit kommen. Die lokale Temperatur in einer Pulvermaterialschicht hängt dabei insbesondere stark von einer im Folgenden auch als Schichtzykluszeit bezeichneten Zeitdauer ab, die zwischen dem Beginn der Bestrahlung einer bestimmten Stelle des Arbeitsbereichs in einer unmittelbar vorhergehenden Pulvermaterialschicht bis zum Beginn der Bestrahlung derselben Stelle des Arbeitsbereichs in der momentan bestrahlten Pulvermaterialschicht vergeht. Je länger die Schichtzykluszeit ist, desto stärker ist die betrachtete Stelle des Arbeitsbereichs bei Beginn der Bestrahlung in der momentan bestrahlten Pulvermaterialschicht abgekühlt. Umgekehrt ist die betrachtete Stelle umso heißer, je kürzer die Schichtzykluszeit ist. Die Schichtzykluszeit wiederum hängt insbesondere ab von der Querschnittsgeometrie und der Querschnittsfläche des herzustellenden Bauteils in der unmittelbar vorhergehenden Pulvermaterialschicht, und von der Anzahl der in der unmittelbar vorhergehenden Pulvermaterialschicht zu verfestigenden Querschnittsflächen, somit insbesondere auch von der Anzahl der simultan in dem Arbeitsbereich herzustellenden Bauteile. Eine optimale Temperatur der momentan Pulvermaterialschicht für die Bestrahlung wiederum hängt von der Querschnittsgeometrie des herzustellenden Bauteils in der momentan Pulvermaterialschicht ab, insbesondere von einer Filigranität des Querschnitts; dabei gilt insbesondere, dass umso eher eine Überhitzung droht, je filigraner die Querschnittsgeometrie ist. Ist die tatsächliche Schichtzykluszeit zu kurz, kann es zu Überhitzungen kommen; ist die tatsächliche Schichtzykluszeit dagegen zu lang, können lokale Unterkühlungen des entstehenden Bauteils die Folge sein. Beides kann zu mangelnder Baubarkeit oder Bauteilfehlern führen, was im Folgenden auch als Vorwärmungsproblematik bezeichnet wird. Insbesondere kommt es bei Überhitzung aufgrund einer zu kleinen Schichtzykluszeit zu Gasporen und verminderter Baubarkeit, wobei es bei Auskühlung aufgrund einer zu großen Schichtzykluszeit zu Anbindungsdefekten kommt.
Es ist teilweise versucht worden, die lokale Wärmeableitung in Pulvermaterialschichten durch Simulationen oder Sensorik-Überwachungen zu erfassen, und die Schichtzykluszeit in Abhängigkeit der lokalen Wärmeableitung anzupassen oder sogar zu regeln. Dies hat sich allerdings als sehr aufwendig, rechenintensiv und damit auch teuer erwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, ein Verfahren zum Ermitteln einer optimalen Schichtzykluszeit, und ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zum Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten.
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.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein auch als Planungsverfahren bezeichnetes Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, um mindestens ein Bauteil aus einem Pulvermaterial mittels des Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials durch lokal selektive Verfestigung des in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterials herzustellen, geschaffen wird, wobei eine - tatsächliche - Schichtzykluszeit von einem Beginn der Bestrahlung eines Querschnittsflächenbereichs des Bauteils in einer ersten Pulvermaterialschicht bis zu einem Beginn der Bestrahlung desselben Querschnittsflächenbereichs des Bauteils in einer zweiten, der ersten Pulvermaterialschicht unmittelbar nachfolgenden Pulvermaterialschicht ermittelt wird, wobei die ermittelte Schichtzykluszeit mit einer optimalen Schichtzykluszeit verglichen wird, und wobei mindestens eine Anpassungsmaßnahme geplant wird, wenn die ermittelte Schichtzykluszeit von der optimalen Schichtzykluszeit abweicht. Die Ermittlung, Definition und der Vergleich einfacher Zeiten und die davon abgeleitete Erfassung einer Anpassungsmaßnahme sind vorteilhaft, nur wenig rechenintensiv und damit kostengünstig. Die Ermittlung der Schichtzykluszeit, deren Vergleich mit der optimalen Schichtzykluszeit sowie die Planung einer Anpassungsmaßnahme ermöglichen außerdem vorteilhaft sowohl eine entlang der Schichtfolge lokale als auch bauteilspezifische Betrachtung der Vorwärmungsproblematik.
Erfindungsgemäß ist insbesondere erkannt worden, dass die optimale Schichtzykluszeit zur Einstellung einer geeigneten Vorwärmung entlang der Schichtfolge der zeitlich aufeinanderfolgend übereinander angeordneten Pulvermaterialschichten variieren kann, insbesondere da die Querschnittsgeometrie und insbesondere die Filigranität eines Bauteils entlang der Schichtfolge variieren können. Die tatsächliche Schichtzykluszeit hängt insbesondere von der Querschnittsfläche des herzustellenden Bauteils in der ersten Pulvermaterialschicht sowie der Anzahl der in dem Arbeitsbereich herzustellenden Bauteile und damit der Gesamt-Bestrahlungsdauer der ersten Pulvermaterialschicht ab, also von Parametern, die ebenfalls entlang der Schichtfolge variieren können. Die optimale Schichtzykluszeit ist ein bauteilspezifischer Parameter, der entlang der Schichtfolge innerhalb eines Bauteils variieren kann, während die Gesamt-Bestrahlungsdauer und damit die tatsächliche Schichtzykluszeit insbesondere von dem konkret durchgeführten Herstellungsauftrag oder Baujob, insbesondere von der Anzahl der herzustellenden Bauteile in dem Arbeitsbereich abhängt. Vorteilhaft reagiert das Planungsverfahren automatisch auf eine Plattformfüllung, das heißt eine bestimmte Anzahl von herzustellenden Bauteilen in dem Arbeitsbereich. Indem nämlich einerseits die optimale Schichtzykluszeit bauteilspezifisch gegeben ist oder wird und andererseits die tatsächliche Schichtzykluszeit für den konkreten Baujob ermittelt wird, kann die mindestens eine Anpassungsmaßnahme stets passend zu der für den konkreten Baujob vorgegebenen Anzahl in dem Arbeitsbereich herzustellender Bauteile geplant werden.
Insbesondere kann die optimale Schichtzykluszeit vorteilhaft einmalig in einem Testbetrieb bauteilspezifisch bestimmt und dann für eine Vielzahl von Anwendungsfällen angewendet werden, wobei die Abstimmung auf den aktuellen Baujob und insbesondere auf die Anzahl der in dem Arbeitsbereich herzustellenden Bauteile in einfacher Weise durch Ermittlung der Schichtzykluszeit, Vergleich mit der optimalen Schichtzykluszeit und Planung beziehungsweise Durchführung der Anpassungsmaßnahme erfolgen kann. Somit kann insbesondere im regulären Herstellungsprozess auf teure Sensorik verzichtet werden.
Insbesondere wird im Rahmen des Planungsverfahrens ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit dem Energiestrahl erhalten oder verändert.
In einer Ausführungsform wird der Bestrahlungsplan erhalten. Dies bedeutet insbesondere, dass der Bestrahlungsplan im Rahmen des Planungsverfahrens erstellt wird. Insbesondere wird dabei die Ermittlung der Schichtzykluszeit, deren Vergleich mit der optimalen Schichtzykluszeit und die Planung der Anpassungsmaßnahme durch dieselbe Rechenvorrichtung durchgeführt, die auch im Übrigen die Planung der Bestrahlung des Arbeitsbereichs, insbesondere die Erzeugung von Bestrahlungsvektoren für die Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt. Insbesondere kann die tatsächliche Schichtzykluszeit im Voraus, das heißt vor dem eigentlichen Herstellungsprozess, berechnet werden, da die einzelnen Verlagerungszeiten, insbesondere Abarbeitungszeiten für Bestrahlungsvektoren, sowie Sprungzeiten oder Totfahrtzeiten zwischen der Abarbeitung einzelner Bestrahlungsvektoren sehr genau bekannt sind.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsplan verändert wird. In diesem Fall wird ein anderweitig, insbesondere von einer anderen Rechenvorrichtung oder einem anderen Computerprogramm, erstellter Bestrahlungsplan empfangen, und im Rahmen des hier vorgeschlagenen Planungsverfahrens wird dieser empfangene Bestrahlungsplan modifiziert, wobei anhand des empfangenen Bestrahlungsplans die tatsächliche Schichtzykluszeit ermittelt wird, mit der optimalen Schichtzykluszeit verglichen wird und die Anpassungsmaßnahme/n geplant wird/werden. Dies erfolgt dann insbesondere auf einer anderen, separaten Rechenvorrichtung, insbesondere auf einer Steuervorrichtung einer Fertigungsvorrichtung. Insbesondere ist es auch möglich, dass der Bestrahlungsplan in Echtzeit während der Fertigung eines Bauteils modifiziert wird. Insbesondere wird auf diese Weise ein modifizierter, insbesondere um die Anpassungsmaßnahme ergänzter Bestrahlungsplan erhalten.
Unter einem Querschnittsflächenbereich wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere zumindest ein Teilbereich einer Querschnittsfläche eines herzustellenden Bauteils in dem Arbeitsbereich verstanden. Insbesondere kann ein Querschnittsflächenbereich aber auch eine gesamte Querschnittsfläche des Bauteils in dem Arbeitsbereich umfassen. Insbesondere kann ein Querschnittsflächenbereich eine abgeschlossene Querschnittsfläche, das heißt eine Insel, des Bauteils in dem Arbeitsbereich sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Querschnittsflächenbereich ein Teilbereich einer größeren zusammenhängenden Querschnittsfläche des Bauteils sein, beispielsweise ein Filigranbereich einer nicht global filigranen Querschnittsfläche.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird für eine Mehrzahl an Querschnittsflächenbereichen jeweils eine individuelle Schichtzykluszeit bestimmt. Insbesondere wird in einem solchen Fall für jeden der Querschnittsflächenbereiche die jeweils bestimmte Schichtzykluszeit mit einer individuellen optimalen Schichtzykluszeit verglichen.
In einer Ausführungsform ist die optimale Schichtzykluszeit ein zeitlicher Bereich oder ein Zeitfenster, insbesondere definiert durch eine minimale, optimale Schichtzykluszeit und eine maximale, optimale Schichtzykluszeit. Liegt die tatsächliche Schichtzykluszeit innerhalb dieses Bereichs oder Fensters, wird keine Anpassungsmaßnahme geplant; liegt die tatsächliche Schichtzykluszeit dagegen außerhalb dieses Bereichs oder Fensters, insbesondere unterhalb der minimalen, optimalen Schichtzykluszeit oder oberhalb der maximalen, optimalen Schichtzykluszeit, wird mindestens eine Anpassungsmaßnahme geplant, insbesondere um die tatsächliche Schichtzykluszeit in den zeitlichen Bereich oder das Zeitfenster der optimalen Schichtzykluszeit zu bringen und/oder die negativen Auswirkungen einer Abweichung zu begrenzen oder zu vermeiden. In einer anderen Ausführungsform ist die optimale Schichtzykluszeit ein einfacher Wert. In diesem Fall ist es allerdings möglich, dass ein Toleranzbereich um den Wert der optimalen Schichtzykluszeit definiert wird, innerhalb dessen keine Anpassungsmaßnahme geplant wird.
Die optimale Schichtzykluszeit ist insbesondere für den jeweiligen Querschnittsflächenbereich und/oder für das jeweilige herzustellende Bauteil definiert oder gegeben. Insbesondere ist einem bestimmten Bauteil eine bestimmte optimale Schichtzykluszeit zugeordnet. Insbesondere ist jedem bestimmten Bauteil eine Mehrzahl bestimmter optimaler Schichtzykluszeiten zugeordnet, nämlich entlang der Schichtfolge variierende, insbesondere von den jeweils in den Pulvermaterialschichten vorliegenden Querschnittsflächenbereichen abhängige optimale Schichtzykluszeiten.
Insbesondere wird eine über die Schichtfolge der Pulvermaterialschichten nicht konstante, das heißt variierende optimale Schichtzykluszeit verwendet.
Dass die zweite Pulvermaterialschicht der ersten Pulvermaterialschicht unmittelbar nachfolgt, bedeutet insbesondere, dass die zweite Pulvermaterialschicht entlang der Schichtfolge der zeitlich aufeinanderfolgend übereinander angeordneten Pulvermaterialschichten unmittelbar oberhalb der ersten Pulvermaterialschicht angeordnet wird oder ist.
Die optimale Schichtzykluszeit wird insbesondere empfangen oder ermittelt. Insbesondere ist es möglich, dass die optimale Schichtzykluszeit mittels eines im Folgenden beschriebenen, erfindungsgemäßen Ermittlungsverfahrens oder mittels eines Ermittlungsverfahrens nach einer oder mehreren der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen ermittelt wird, wobei die derart ermittelte optimale Schichtzykluszeit im Rahmen des Planungsverfahrens empfangen wird. Das Ermittlungsverfahren einerseits und das Planungsverfahren andererseits können dann insbesondere zu unabhängigen Zeiten und/oder auf separaten Rechenvorrichtungen durchgeführt werden. Alternativ ist es möglich, dass die optimale Schichtzykluszeit im Rahmen des Planungsverfahrens selbst in vorgelagerten Verfahrensschritten ermittelt wird, insbesondere in zeitlichem Zusammenhang zur Durchführung der weiteren Schritte des Planungsverfahrens, insbesondere zeitlich unmittelbar vor der Durchführung der weiteren Schritte des Planungsverfahrens, und/oder auf derselben Rechenvorrichtung.
In einer Ausführungsform des Planungsverfahrens wird die ermittelte Schichtzykluszeit mit der optimalen Schichtzykluszeit verglichen, indem eine Abweichung zwischen der ermittelten Schichtzykluszeit und der optimalen Schichtzykluszeit bestimmt wird. Insbesondere kann als die Abweichung eine Differenz zwischen der ermittelten Schichtzykluszeit und der optimalen Schichtzykluszeit bestimmt werden.
In einer Ausführungsform des Planungsverfahrens wird die mindestens eine Anpassungsmaßnahme geplant, wenn ein Betrag der bestimmten Abweichung zwischen der ermittelten Schichtzykluszeit und der optimalen Schichtzykluszeit größer ist als eine vorbestimmte Grenzabweichung. Ist der Betrag der bestimmten Abweichung kleiner als die vorbestimmte Grenzabweichung oder gleich der vorbestimmten Grenzabweichung, wird insbesondere keine Anpassungsmaßnahme geplant.
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.
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.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Anpassungsmaßnahme ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Einfügen mindestens einer Wartezeit, insbesondere zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Pulvermaterialschichten oder zumindest zwei Bestrahlungsvektoren, einer Anpassung wenigstens eines Bestrahlungsparameters für die Bestrahlung des Pulvermaterials mit dem Energiestrahl, einer Umplanung einer Bestrahlungsreihenfolge einer Mehrzahl an Querschnittsflächenbereichen, und einer Ausgabe einer Warnmeldung.
Insbesondere wird als die mindestens eine Anpassungsmaßnahme eine Wartezeit geplant, wenn die tatsächliche Schichtzykluszeit kleiner ist als die optimale Schichtzykluszeit, wobei insbesondere ein Betrag der Abweichung größer ist als die vorbestimmte Grenzabweichung. Durch das Einfügen der Wartezeit wird die Schichtzykluszeit vorteilhaft an die optimale Schichtzykluszeit angeglichen. Dadurch kann insbesondere eine Überhitzung des entstehenden Bauteils vermieden werden.
In einer Ausführungsform wird die Wartezeit zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Pulvermaterialschichten geplant. Dies stellt eine besonders einfache Ausgestaltung dar.
Alternativ oder zusätzlich wird die Wartezeit zwischen zumindest zwei Bestrahlungsvektoren geplant. Dies ermöglicht vorteilhaft eine besonders effiziente Herstellung des Bauteils. Insbesondere kann zwischen allen Bestrahlungsvektoren einer Pulvermaterialschicht jeweils eine Wartezeit geplant werden, sodass quasi die Gesamt-Wartezeit auf die Bearbeitung der gesamten Pulvermaterialschicht - insbesondere gleichmäßig - aufgeteilt wird. Alternativ kann die Wartezeit insbesondere zwischen ausgewählten Bestrahlungsvektoren oder Gruppen von Bestrahlungsvektoren geplant werden, insbesondere zwischen solchen Bestrahlungsvektoren, bei denen eine erhöhte Gefahr für Bauteilfehler besteht, beispielsweise Bestrahlungsvektoren in einem Filigranbereich und/oder Downskin-Bestrahlungsvektoren, unterhalb von denen unverfestigtes Pulvermaterial angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass eine bereits zwischen solchen Bestrahlungsvektoren vorgesehene Wartezeit verlängert wird.
Insbesondere wird als die mindestens eine Anpassungsmaßnahme eine Anpassung des wenigstens einen Bestrahlungsparameters für die Bestrahlung des Pulvermaterials mit dem Energiestrahl geplant, wenn die tatsächliche Schichtzykluszeit größer ist als die optimale Schichtzykluszeit, wobei insbesondere ein Betrag der Abweichung größer ist als die vorbestimmte Grenzabweichung. Durch die Anpassung des wenigstens einen Bestrahlungsparameters kann vorteilhaft mehr Energie in die erste, untere Pulvermaterialschicht eingebracht werden, sodass das Pulvermaterial bei der Bestrahlung eine höhere Temperatur erreicht, wodurch wiederum vorteilhaft eine Unterkühlung des Pulvermaterials in der zweiten Pulvermaterialschicht trotz der die optimale Schichtzykluszeit übersteigenden tatsächlichen Schichtzykluszeit vermieden werden kann. Der mindestens eine Bestrahlungsparameter ist insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Leistung des Energiestrahls und einer Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls in dem Arbeitsbereich. Insbesondere kann die Leistung des Energiestrahls erhöht und/oder die Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls erniedrigt werden, um eine Temperaturerhöhung in dem Pulvermaterial zu erreichen, so den Wärmehaushalt an die höhere Schichtzykluszeit anzupassen und eine Unterkühlung des Pulvermaterials zu vermeiden.
Alternativ oder zusätzlich wird als die mindestens eine Anpassungsmaßnahme eine Umplanung einer Bestrahlungsreihenfolge einer Mehrzahl an Querschnittsflächenbereichen - insbesondere desselben Bauteils und/oder verschiedener Bauteile - vorgenommen, wodurch die Schichtzykluszeit für einzelne Querschnittsflächenbereiche verkürzt oder verlängert werden kann, abhängig davon, ob die einzelnen Querschnittsflächenbereiche bezüglich der Bestrahlungsreihenfolge vorgezogen oder zeitlich nach hinten verschoben werden. Vorteilhaft kann so der Wärmehaushalt für einzelne Querschnittsflächenbereiche individuell angepasst werden.
Alternativ oder zusätzlich wird als die mindestens eine Anpassungsmaßnahme eine Warnmeldung ausgegeben, insbesondere wenn die tatsächliche Schichtzykluszeit größer ist als die optimale Schichtzykluszeit, insbesondere so viel größer, dass eine für einen Ausgleich des Wärmehaushalts hinreichende Temperaturerhöhung durch Anpassung des mindestens einen Bestrahlungsparameters nicht möglich ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schichtzykluszeit für eine Mehrzahl der in der Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten ermittelt wird. Vorteilhaft kann auf diese Weise den entlang der Schichtfolge wechselnden Bedingungen, insbesondere bezüglich der Querschnittsgeometrie des mindestens einen herzustellenden Bauteils und/oder bezüglich der Anzahl herzustellender Bauteile in dem Arbeitsbereich, Rechnung getragen werden.
In einer Ausführungsform wird die Schichtzykluszeit für die Mehrzahl der in der Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten periodisch mit einer durch eine vorbestimmte Schichtanzahl bestimmten Periode ermittelt. Insoweit ist erkannt worden, dass die hier insbesondere relevanten Parameter wie die Querschnittsgeometrie des mindestens einen herzustellenden Bauteils und/oder die Anzahl herzustellender Bauteile in dem Arbeitsbereich sich nur vergleichsweise langsam entlang der Schichtfolge verändern, wobei sie insbesondere typischerweise nicht abrupt von Pulvermaterialschicht zu Pulvermaterialschicht variieren. Es bedarf daher keiner Ermittlung der Schichtzykluszeit in jeder Pulvermaterialschicht der Schichtfolge, vielmehr genügt eine Ermittlung für eine Auswahl der Pulvermaterialschichten, insbesondere mit der bestimmten Periode. Die bestimmte Periode beträgt in einer Ausführungsform insbesondere von 5 bis 15 Pulvermaterialschichten, insbesondere 10 Pulvermaterialschichten.
Alternativ oder zusätzlich wird die Schichtzykluszeit für die Mehrzahl der in der Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten ereignisgesteuert ermittelt, insbesondere in Abhängigkeit von wenigstens einem Fertigungsparameter. Auf diese Weise kann vorteilhaft flexibel auf sich ändernde Bedingungen entlang der Schichtfolge reagiert werden. Der wenigstens eine Fertigungsparameter kann insbesondere eine Geometrieänderung, das heißt eine Änderung der Querschnittsgeometrie des mindestens einen herzustellenden Bauteils, insbesondere ein Auftreten von Filigranität der Querschnittsgeometrie insgesamt oder eines Teils der Querschnittsgeometrie sein. Insbesondere bei filigranen Querschnittsflächenbereichen kann eine Überhitzung des entstehenden Bauteils drohen, insbesondere wegen einer schlechteren Wärmeableitung als in massiveren Bereichen und/oder wegen verkürzter Schichtzykluszeiten aufgrund einer insbesondere durch die reduzierte Querschnittfläche geringeren Gesamt-Bestrahlungsdauer der jeweiligen Pulvermaterialschicht.
Darunter, dass ein Querschnittsflächenbereich filigran ist, wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass der Querschnittsflächenbereich mindestens ein Filigranitätskriterium erfüllt, oder dass das mindestens eine Filigranitätskriterium für den Querschnittsflächenbereich erfüllt ist. Entsprechend wird unter einem Filigranbereich im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Bereich verstanden, der das mindestens eine Filigranitätskriterium erfüllt oder für den das mindestens eine Filigranitätskriterium erfüllt ist. Insbesondere ist ein Filigranbereich ein filigraner Querschnittsflächenbereich der Querschnittsfläche, wobei die Querschnittsfläche auch insgesamt filigran ausgebildet sein kann, insbesondere im Sinne des mindestens einen Filigranitätskriteriums.
In einer Ausführungsform ist das mindestens eine Filigranitätskriterium ausgewählt aus einer Liste, bestehend aus: Einer Fläche eines untersuchten Querschnittsflächenbereichs des Bauteils, einem Verhältnis von Umfang zu Fläche des untersuchten Querschnittsflächenbereichs, einem Verhältnis einer ersten Ausdehnung des untersuchten Querschnittsflächenbereichs entlang einer ersten kartesischen Koordinate in der Pulvermaterialschicht - beispielsweise x-Koordinate - zur Fläche des untersuchten Querschnittsflächenbereichs, einem Verhältnis einer zweiten Ausdehnung des untersuchten Querschnittsflächenbereichs entlang einer zweiten kartesischen Koordinate in der Pulvermaterialschicht - beispielsweise y-Koordinate - zur Fläche des untersuchten Querschnittsflächenbereichs, einem Verhältnis einer dritten Ausdehnung des untersuchten Querschnittsflächenbereichs entlang einer Diagonale - beispielsweise xy-Linie - zwischen der ersten kartesischen Koordinaten und der zweiten kartesischen Koordinate zur Fläche des untersuchten Querschnittsflächenbereichs, einer Länge von Bestrahlungsvektoren in dem untersuchten Querschnittsflächenbereich, einer Anzahl von unmittelbar einander benachbart angeordneten Kurzvektoren, einer geometrischen Lage von Kurzvektoren relativ zu der Querschnittsgeometrie und/oder innerhalb eines Bestrahlungsmusters für die den untersuchten Querschnittsflächenbereich aufweisende, das heißt aktuelle Pulvermaterialschicht, einer geometrischen Lage von Bestrahlungsvektoren, die insbesondere keine Kurzvektoren sind, relativ zu einer Bauteilkontur, insbesondere deren Lage zwischen zwei unmittelbar benachbarten Konturvektorzügen, und einer räumlichen Entwicklung der Länge benachbarter Bestrahlungsvektoren entlang mindestens einer Richtung in der aktuellen Pulvermaterialschicht, das heißt einer Zu- oder Abnahme der Bestrahlungsvektorlänge pro Längeneinheit entlang der betrachteten Richtung - also ein räumlicher Bestrahlungsvektorlängen-Gradient. Eine Kombination oder logische Verknüpfung der hier genannten Kriterien zu einem komplexen Filigranitätskriterium ist möglich.
Die Fläche des untersuchten Querschnittsflächenbereichs, das Verhältnis von Umfang zu Fläche des untersuchten Querschnittsflächenbereichs, das Verhältnis der ersten Ausdehnung des untersuchten Querschnittsflächenbereichs entlang der ersten kartesischen Koordinate zur Fläche des untersuchten Querschnittsflächenbereichs, das Verhältnis der zweiten Ausdehnung des untersuchten Querschnittsflächenbereichs entlang der zweiten kartesischen Koordinate zur Fläche des untersuchten Querschnittsflächenbereichs, und das Verhältnis der dritten Ausdehnung des untersuchten Querschnittsflächenbereichs entlang der Diagonale zur Fläche des untersuchten Querschnittsflächenbereichs können insbesondere direkt aus einer geometrischen Repräsentation des Bauteils, insbesondere einer CAD-Datei, entnommen oder aus der geometrischen Repräsentation abgeleitet werden.
Die Länge von Bestrahlungsvektoren in dem untersuchten Querschnittsflächenbereich, die Anzahl von unmittelbar einander benachbart angeordneten Kurzvektoren, die geometrische Lage von Kurzvektoren relativ zu der Querschnittsgeometrie und/oder innerhalb eines Bestrahlungsmusters für die aktuelle Pulvermaterialschicht, die geometrische Lage von Bestrahlungsvektoren relativ zu einer Bauteilkontur, und die räumliche Entwicklung der Länge benachbarter Bestrahlungsvektoren entlang mindestens einer Richtung in der aktuellen Pulvermaterialschicht können demgegenüber aus einer empfangenen oder im Rahmen des Planungsverfahrens erzeugten Zusammenstellung von Bestrahlungsvektoren ermittelt werden.
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. 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.
Unter einem Kurzvektor wird dabei insbesondere ein Bestrahlungsvektor verstanden, der eine vorbestimmte maximale Länge aufweist, das heißt dessen Länge höchstens so groß ist wie die vorbestimmte maximale Länge. Insbesondere kann die maximale Länge 6 mm betragen.
Unter einer Bauteilkontur wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine gedachte Begrenzungslinie der Querschnittsfläche in der aktuellen Pulvermaterialschicht verstanden.
Unter einem Konturvektor wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Bestrahlungsvektor verstanden, der zumindest bereichsweise entlang der Bauteilkontur verläuft. Unter einem Konturvektorzug wird entsprechend eine Mehrzahl unmittelbar hintereinander angeordneter Konturvektoren, insbesondere entlang derselben Bauteilkontur, verstanden. Dass zwei Konturvektorzüge einander unmittelbar benachbart sind, bedeutet hier insbesondere, dass die Konturvektorzüge lediglich durch den zwischen ihnen angeordneten Bestrahlungsvektor beabstandet sind, insbesondere also, dass nur genau ein Bestrahlungsvektor zwischen den Konturvektorzügen angeordnet ist. Ist dies der Fall, ist eine Breite des entsprechenden Querschnittsflächenbereichs notwendig gering, da die entlang des Bestrahlungsvektors einander gegenüberliegenden Konturvektorzüge nur durch den genau einen Bestrahlungsvektor beabstandet sind. Daher ist dann der entsprechende Querschnittsflächenbereich ein Filigranbereich.
Insbesondere wird ein untersuchter Querschnittsflächenbereich als Filigranbereich erkannt, wenn seine Fläche kleiner ist als 20 mm², insbesondere kleiner als 10 mm², insbesondere kleiner als 3 mm². Alternativ oder zusätzlich wird die gesamte Querschnittsfläche als Filigranbereich erkannt, wenn die Querschnittsfläche einen Umfang kleiner als 16 mm oder eine Fläche kleiner als 20 mm², insbesondere kleiner als 10 mm², insbesondere kleiner als 3 mm² aufweist. Alternativ oder zusätzlich wird ein untersuchter Querschnittsflächenbereich als Filigranbereich erkannt, wenn sein Umfang mindestens 16 mm beträgt, insbesondere größer ist als 16 mm, insbesondere bei einem Flächeninhalt von weniger als 20 mm², insbesondere weniger als 10 mm², insbesondere weniger als 3 mm². Insbesondere wird der untersuchte Querschnittsflächenbereich als Filigranbereich erkannt, wenn das Verhältnis von Umfang zu Fläche größer ist als 0,8 mm^-1, oder größer als 1,6 mm^-1, oder größer als 5,3 mm^-1. Alternativ oder zusätzlich wird ein untersuchter Querschnittsflächenbereich als Filigranbereich erkannt, wenn seine Ausdehnung entlang zumindest einer kartesischen Koordinate in der Pulvermaterialschicht, ausgewählt aus der ersten kartesischen Koordinate und der zweiten kartesischen Koordinate, oder entlang der Diagonale zwischen den kartesischen Koordinaten, kleiner ist als 5 mm, oder wenn das Verhältnis seiner Ausdehnung entlang der ersten kartesischen Koordinate zu seiner Ausdehnung entlang der zweiten kartesischen Koordinate - oder umgekehrt - mindestens 1:10 beträgt. Insbesondere wird der untersuchte Querschnittsflächenbereich als Filigranbereich erkannt, wenn das Verhältnis seiner Ausdehnung entlang einer der kartesischen Koordinaten oder entlang der Diagonale zwischen den kartesischen Koordinaten zu seinem Flächeninhalt mindestens 0,25 mm^-1, oder mindestens 0,5 mm^-1, oder mindestens 1,7 mm^-1 beträgt.
Insbesondere ist eine vorbestimmte Schwelle für die Anzahl unmittelbar benachbarter Kurzvektoren vorgegeben, bei deren Überschreiten ein untersuchter Querschnittsflächenbereich als Filigranbereich erkannt wird. Die vorbestimmte Schwelle kann insbesondere 3, 4, 5, oder 6 betragen. Insbesondere kann die vorbestimmte Schwelle auch abhängig von der Bestrahlungsvektorlänge der Kurzvektoren sein.
Insbesondere wird der untersuchte Querschnittsflächenbereich als Filigranbereich erkannt, wenn Kurzvektoren relativ zur Querschnittsgeometrie derart angeordnet sind, dass sie mit mindestens einem Vektorende an die Bauteilkontur angrenzen.
Insbesondere wird der untersuchte Querschnittsflächenbereich als Filigranbereich erkannt, wenn Kurzvektoren innerhalb eines Bestrahlungsmusters derart angeordnet sind, dass sie mit einem ersten Vektorende an eine Musterbegrenzung, beispielsweise eine Streifengrenze oder eine Feldgrenze, und mit ihrem anderen Vektorende an die Bauteilkontur angrenzen.
Insbesondere wird ein untersuchter Querschnittsflächenbereich als filigran erkannt, wenn der Bestrahlungsvektorlängen-Gradient anzeigt, dass die Bestrahlungsvektorlänge entlang der betrachteten Richtung monoton abnimmt. Alternativ oder zusätzlich wird ein untersuchter Querschnittsflächenbereich als filigran erkannt, wenn der Bestrahlungsvektorlängen-Gradient anzeigt, dass die Bestrahlungsvektorlänge entlang der betrachteten Richtung monoton zunimmt.
Unter einem Bestrahlungsmuster wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Zusammenstellung oder Anordnung von Bestrahlungsvektoren, insbesondere von Gruppen von Bestrahlungsvektoren, verstanden, beispielsweise in Form von Streifen oder Feldern. Insbesondere entspricht dabei die Breite eines Streifens oder eines Feldes der Bestrahlungsvektorlänge eines in dem Streifen oder dem Feld liegenden Bestrahlungsvektors.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Anpassungsmaßnahme innerhalb der durch die vorbestimmte Schichtanzahl bestimmten Periode konstant gehalten wird. Dies stellt eine besonders einfache Vorgehensweise dar. Insbesondere wird die Anpassungsmaßnahme nur von Periode zu Periode, nach erneuter Ermittlung der Schichtzykluszeit und Vergleich mit der optimalen Schichtzykluszeit verändert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine bauteilabhängige optimale Schichtzykluszeit verwendet wird. Insbesondere auf diese Weise kann vorteilhaft die optimale Schichtzykluszeit bauteilspezifisch vorgegeben werden.
Alternativ oder zusätzlich wird eine von einer momentanen Querschnittsgeometrie des Querschnittsflächenbereichs in der momentanen Pulvermaterialschicht abhängige optimale Schichtzykluszeit verwendet. Vorteilhaft ist die optimale Schichtzykluszeit auf diese Weise an die konkret vorliegenden Bedingungen der Herstellung des mindestens einen Bauteils angepasst. Unter einer momentanen Querschnittsgeometrie wird dabei insbesondere die Querschnittsgeometrie in derjenigen - momentanen - Pulvermaterialschicht verstanden, für die aktuell die tatsächliche Schichtzykluszeit ermittelt wird, insbesondere die zweite Pulvermaterialschicht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bestrahlung für eine Mehrzahl an Bauteilen in dem Arbeitsbereich geplant wird. Wie bereits ausgeführt, reagiert das hier vorgeschlagene Verfahren automatisch auf die Plattformfüllung, das heißt die Anzahl herzustellender Bauteil in dem Arbeitsbereich.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bestrahlung für eine Mehrzahl an Bauteilen in dem Arbeitsbereich mit genau einem Energiestrahl geplant wird. Alle in dem Arbeitsbereich angeordneten Bauteile, insbesondere alle Querschnittsflächenbereiche eines jeden Bauteils, werden somit durch denselben Energiestrahl verfestigt. Insbesondere bei dieser Ausgestaltung kommt es wesentlich auf die richtige Einstellung der Schichtzykluszeit oder eine geeignete Anpassung an die tatsächliche Schichtzykluszeit an.
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 Planungsverfahren 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.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor der Planung der Bestrahlung des Arbeitsbereichs - in vorgelagerten Verfahrensschritten - die optimale Schichtzykluszeit ermittelt wird, indem ein dem mindestens einen herzustellenden Bauteil entsprechendes Testbauteil aus dem Pulvermaterial durch lokal selektive Verfestigung des in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterials durch Bestrahlung mit dem Energiestrahl hergestellt wird, wobei das mindestens eine Testbauteil mittels des Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Test-Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Test-Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials hergestellt wird, wobei während der Herstellung des Testbauteils für eine Mehrzahl der in der Test-Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Test-Pulvermaterialschichten, insbesondere periodisch mit einer durch eine vorbestimmte Test-Schichtanzahl bestimmten Test-Periode, und/oder ereignisgesteuert, mindestens ein Testparameter ermittelt wird, wobei die optimale Schichtzykluszeit in Abhängigkeit von dem mindestens einen Testparameter bestimmt wird. Vorteilhaft kann auf diese Weise die optimale Schichtzykluszeit insbesondere bauteilspezifisch und/oder entlang der Schichtfolge variierend ermittelt werden. Insbesondere wird bei dieser Ausgestaltung die optimale Schichtzykluszeit im Rahmen des Planungsverfahrens in den vorgelagerten Verfahrensschritten ermittelt.
Insbesondere wird die optimale Schichtzykluszeit jeweils für eine momentane - zweite - Test-Pulvermaterialschicht und zugleich für eine momentane Test-Periode ermittelt.
Insbesondere wird eine über die Schichtfolge der Pulvermaterialschichten nicht konstante, das heißt variierende optimale Schichtzykluszeit ermittelt. Insbesondere wird jeweils für eine Pulvermaterialschicht oder eine Mehrzahl von Pulvermaterialschichten oder für eine Gruppe von Pulvermaterialschichten eine separate optimale Schichtzykluszeit ermittelt. Insbesondere werden für verschiedene Pulvermaterialschichten oder verschiedene Gruppen von Pulvermaterialschichten verschiedene optimale Schichtzykluszeiten ermittelt.
Insbesondere wird im Rahmen der nachfolgenden Verfahrensschritte des Planungsverfahrens die ermittelte optimale Schichtzykluszeit auf die jeweils entsprechenden Pulvermaterialschichten des dem Testbauteil entsprechenden Bauteils, insbesondere die entsprechenden Perioden in der Schichtfolge, angewendet.
Dass das Testbauteil dem herzustellenden Bauteil entspricht, bedeutet im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere, dass ein zumindest bereichsweise, insbesondere in Filigranbereichen, mit dem herzustellenden Bauteil übereinstimmendes, insbesondere zu dem herzustellenden Bauteil identisches Bauteil testweise als das Testbauteil hergestellt wird, um die optimale Zykluszeit zu ermitteln.
Insbesondere kann das Testbauteil in zumindest einem Querschnittsflächenbereich mit dem herzustellenden Bauteil übereinstimmen, insbesondere in einem Querschnittsflächenbereich, der ein höchstes Maß an Filigranität aufweist. Alternativ kann ein Bauteil aus mehreren Bauteilen als das Testbauteil ausgewählt werden, das quasi als „ähnlichstes Bauteil“ am meisten mit dem herzustellenden Bauteil oder einem Querschnittsflächenbereich des herzustellenden Bauteils übereinstimmt; dieses wird dann zur Ermittlung der optimalen Zykluszeit verwendet. Insbesondere wird das Testbauteil als „ähnlichstes Bauteil“ dabei erhalten durch einen Vergleich von mindestens einem Filigranitätskriterium.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Testparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer momentanen Querschnittsgeometrie eines Test-Querschnittsflächenbereichs des Testbauteils, einer Test-Schichtzykluszeit, einem insbesondere durch mindestens einen Überwachungssensor erfassten Test-Fertigungsparameter, und einem Eingriff in das Verfahren durch einen Betreiber oder ein Überwachungssystem.
Insbesondere wird die optimale Schichtzykluszeit für einen Test-Querschnittsflächenbereich in Abhängigkeit des Filigranitätskriteriums gewählt. In einer Ausführungsform wird für den Test-Querschnittsflächenbereich eine vorbestimmte erste optimale Schichtzykluszeit gewählt, wenn der Test-Querschnittsflächenbereich kein Filigranbereich ist, wobei für den Test-Querschnittsflächenbereich eine vorbestimmte zweite optimale Schichtzykluszeit gewählt wird, wenn der Test-Querschnittsflächenbereich ein Filigranbereich ist, wobei die vorbestimmte zweite optimale Schichtzykluszeit größer ist als die vorbestimmte erste optimale Schichtzykluszeit. In einer anderen Ausführungsform wird die optimale Schichtzykluszeit für den Test-Querschnittsflächenbereich in Abhängigkeit einer basierend auf dem Filigranitätskriterium entwickelten Filigranitätsskala gewählt, wobei die Filigranitätsskala angibt, in welchem Ausmaß der Test-Querschnittsflächenbereich das Filigranitätskriterium erfüllt, das heißt in welchem Maß der Test-Querschnittsflächenbereich filigran ist. Hierfür können insbesondere geeignete Skalenwerte auf der Basis der oben angegebenen Parameter zur Bestimmung des Filigranitätskriteriums entwickelt werden. Insbesondere wird die optimale Schichtzykluszeit für den Test-Querschnittsflächenbereich umso länger gewählt, je filigraner der Test-Querschnittsflächenbereich auf der Filigranitätsskala ist.
Die Test-Schichtzykluszeit ist insbesondere eine während der Herstellung des Testbauteils bestimmte Schichtzykluszeit.
Der Test-Fertigungsparameter ist insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer lokalen Temperatur des Pulvermaterials, insbesondere einer lokalen Schichttemperatur, einer Schmelzbadtemperatur, einer optischen Abbildung des Arbeitsbereichs oder ein aus einer solchen optischen Abbildung gewonnener Qualitätsparameter, insbesondere einem Ergebnis einer Bildauswertung des Arbeitsbereichs auf Bauteilfehler, einer lokalen Dichte des entstehenden Testbauteils, einer Porosität des entstehenden Testbauteils, und einem während der Herstellung des Testbauteils auftretenden Bauteilfehler, beispielsweise einem Riss.
Insbesondere wird bevorzugt eine Mehrzahl der Testparameter gemeinsam ausgewertet, um die optimale Schichtzykluszeit zu bestimmen.
In einer Ausführungsform wird für die optimale Schichtzykluszeit ein vorbestimmter Startwert verwendet, wobei die optimale Schichtzykluszeit ausgehend von dem Startwert in Abhängigkeit von dem mindestens einen Testparameter verändert wird.
Insbesondere wird überwacht oder erfasst, ob ein Betreiber oder ein Überwachungssystem, das zur Überwachung der Herstellung des Testbauteils verwendet wird, in das Verfahren eingreift. Ist dies der Fall, wird die optimale Schichtzykluszeit insbesondere höher gewählt als der vorbestimmte Startwert, insbesondere inkrementiert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die optimale Schichtzykluszeit durch Variation der Test-Schichtzykluszeit und Auswertung des mindestens einen Test-Fertigungsparameters in Abhängigkeit von der Test-Schichtzykluszeit ermittelt wird. Insbesondere werden hierzu zumindest Bereiche des Testbauteils mehrfach gebaut, wobei die Test-Schichtzykluszeit variiert wird, und wobei der mindestens eine Test-Fertigungsparameter, vorzugsweise eine Mehrzahl der Test-Fertigungsparameter, in Abhängigkeit von der Test-Schichtzykluszeit bestimmt, insbesondere durch den mindestens einen Überwachungssensor erfasst wird. Als die optimale Schichtzykluszeit wird dann insbesondere diejenige Test-Schichtzykluszeit gewählt, bei welcher der mindestens eine Test-Fertigungsparameter ein Optimum aufweist, oder bei welcher die Mehrzahl der Test-Fertigungsparameter eine in Hinblick auf die gewünschten Bauteileigenschaften günstige oder günstigste Wertekombination aufweist.
Insbesondere werden auch bei einem mehrfachen Herstellen von zumindest Bereichen des Testbauteils Eingriffe durch den Betreiber oder das Überwachungssystem erfasst, und die optimale Schichtzykluszeit wird höher als der Startwert gewählt, insbesondere inkrementiert, wenn ein solcher Eingriff erfolgt.
Insbesondere ist es auch möglich, dass das Testbauteil unter Erfassung der Test-Schichtzykluszeit gebaut wird, wobei anschließend an dem Testbauteil Qualitätsuntersuchungen durchgeführt werden, beispielsweise Dichteanalysen und/oder Analysen auf Baufehler, wobei daraufhin die Test-Schichtzykluszeit zumindest für diejenigen Pulvermaterialschichten, in denen Qualitätsmängel gefunden wurden, angepasst wird, bevor das Testbauteil erneut unter Anwendung der geänderten Test-Schichtzykluszeit gebaut wird. Diese Vorgehensweise wird insbesondere iteriert oder zyklisch durchgeführt, bis Test-Schichtzykluszeiten ermittelt sind, bei denen keine oder höchstens hinnehmbare Qualitätsmängel gefunden werden. Diese Test-Schichtzykluszeiten werden dann als optimale Schichtzykluszeiten verwendet.
Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt auch gelöst, indem ein auch als Ermittlungsverfahren bezeichnetes Verfahren zum Ermitteln einer optimalen Schichtzykluszeit für die Herstellung mindestens eines Bauteils in einem pulverbettbasierten Fertigungsverfahren geschaffen wird, wobei ein dem mindestens einen herzustellenden Bauteil entsprechendes Testbauteil aus dem Pulvermaterial durch lokal selektive Verfestigung des in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterials durch Bestrahlung mit dem Energiestrahl hergestellt wird, wobei das mindestens eine Testbauteil mittels des Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Test-Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Test-Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials hergestellt wird, wobei während der Herstellung des Testbauteils für eine Mehrzahl der in der Test-Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Test-Pulvermaterialschichten, insbesondere periodisch mit einer durch eine vorbestimmte Test-Schichtanzahl bestimmten Test-Periode, und/oder ereignisgesteuert mindestens ein Testparameter ermittelt wird, wobei die optimale Schichtzykluszeit in Abhängigkeit von dem mindestens einen Testparameter bestimmt wird, insbesondere für die jeweils momentane Test-Pulvermaterialschicht und damit zugleich für die momentane Test-Periode. In diesem Fall erfolgt die Ermittlung der optimalen Schichtzykluszeit außerhalb des Planungsverfahrens in dem separaten Ermittlungsverfahren.
Insbesondere gilt aber für das separate Ermittlungsverfahren dasselbe, was zuvor für die Ermittlung der optimalen Schichtzykluszeit im Rahmen des Planungsverfahrens in den vorgelagerten Verfahrensschritten erläutert wurde. Insbesondere weist das Ermittlungsverfahren mindestens einen Verfahrensschritt auf, der zuvor in Zusammenhang mit den vorgelagerten Verfahrensschritten zur Ermittlung der optimalen Schichtzykluszeit im Rahmen des Planungsverfahrens erläutert wurde. Insbesondere ist auch bei dem Ermittlungsverfahren der mindestens eine Testparameter ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer momentanen Querschnittsgeometrie eines Test-Querschnittsflächenbereichs des Testbauteils, einer Test-Schichtzykluszeit, einem insbesondere durch mindestens einen Überwachungssensor erfassten Test-Fertigungsparameter, und einem Eingriff in das Verfahren durch einen Betreiber oder ein Überwachungssystem. Insbesondere wird auch bei dem Ermittlungsverfahren die optimale Schichtzykluszeit durch Variation der Test-Schichtzykluszeit und Auswertung des mindestens einen Test-Fertigungsparameters in Abhängigkeit von der Test-Schichtzykluszeit ermittelt.
Insbesondere wird eine über die Schichtfolge der Pulvermaterialschichten nicht konstante, das heißt variierende optimale Schichtzykluszeit ermittelt. Insbesondere wird jeweils für eine Pulvermaterialschicht oder eine Mehrzahl von Pulvermaterialschichten oder für eine Gruppe von Pulvermaterialschichten eine separate optimale Schichtzykluszeit ermittelt. Insbesondere werden für verschiedene Pulvermaterialschichten oder verschiedene Gruppen von Pulvermaterialschichten verschiedene optimale Schichtzykluszeiten ermittelt.
Die Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt auch gelöst, indem ein auch als erstes Fertigungsverfahren bezeichnetes Verfahren zum Fertigen mindestens eines Bauteils aus einem Pulvermaterial durch lokal selektive Verfestigung eines in einem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterials durch Bestrahlung mit einem Energiestrahl, wobei das mindestens eine Bauteil mittels des Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials hergestellt wird, mit folgenden Schritten geschaffen wird: Bereitstellen eines mithilfe eines erfindungsgemäßen Planungsverfahrens oder eines Planungsverfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, um das Bauteil mittels des 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 ersten Fertigungsverfahren ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren und dem Ermittlungsverfahren erläutert wurden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsplan bereitgestellt wird, indem ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird. Somit umfasst das erste Fertigungsverfahren zugleich auch - insbesondere in Form vorgelagerter Schritte - das Verfahren zum Planen der Bestrahlung.
Die Aufgabe wird gemäß einem vierten Aspekt auch gelöst, indem ein auch als zweites Fertigungsverfahren bezeichnetes Verfahren zum Fertigen mindestens eines Bauteils aus einem Pulvermaterial durch lokal selektive Verfestigung eines in einem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterials durch Bestrahlung mit einem Energiestrahl, geschaffen wird, wobei das mindestens eine Bauteil mittels des Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials hergestellt wird, wobei eine Schichtzykluszeit von einem Beginn der Bestrahlung eines Querschnittsflächenbereichs des Bauteils in einer ersten Pulvermaterialschicht bis zu einem Beginn der Bestrahlung desselben Querschnittsflächenbereichs des Bauteils in einer zweiten, unmittelbar nachfolgenden Pulvermaterialschicht ermittelt wird, wobei die ermittelte Schichtzykluszeit mit einer optimalen Schichtzykluszeit verglichen wird, und wobei mindestens eine Anpassungsmaßnahme durchgeführt wird, wenn die ermittelte Schichtzykluszeit von der optimalen Schichtzykluszeit abweicht. In Zusammenhang mit dem zweiten Fertigungsverfahren ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Ermittlungsverfahren und dem ersten Fertigungsverfahren erläutert wurden.
Im Rahmen des vierten Aspekts erfolgt der Vergleich der erfassten Schichtzykluszeit mit der optimalen Schichtzykluszeit und die daraus resultierende Durchführung der Anpassungsmaßnahme direkt während der Fertigung des Bauteils und nicht vorgelagert im Rahmen eines Planungsverfahrens. Im Übrigen gilt aber für das zweite Fertigungsverfahren insbesondere mit Blick auf die Ermittlung der Schichtzykluszeit sowie der optimalen Schichtzykluszeit das, was zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren und dem Ermittlungsverfahren ausgeführt wurde. Die optimale Schichtzykluszeit wird insbesondere vor Durchführung des zweiten Fertigungsverfahrens im Rahmen des erfindungsgemäßen Ermittlungsverfahrens oder eines Ermittlungsverfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ermittelt.
In einer Ausführungsform wird die Schichtzykluszeit für die Mehrzahl der in der Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten periodisch mit einer durch eine vorbestimmte Schichtanzahl bestimmten Periode ermittelt.
Alternativ oder zusätzlich wird die Schichtzykluszeit für die Mehrzahl der in der Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten ereignisgesteuert ermittelt, insbesondere in Abhängigkeit von wenigstens einem - insbesondere durch mindestens einen Überwachungssensor erfassten - Fertigungsparameter. Der Fertigungsparameter ist insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer lokalen Temperatur des Pulvermaterials, insbesondere einer lokalen Schichttemperatur, einer Schmelzbadtemperatur, einer optischen Abbildung des Arbeitsbereichs oder ein aus einer solchen optischen Abbildung gewonnener Qualitätsparameter, insbesondere einem Ergebnis einer Bildauswertung des Arbeitsbereichs auf Bauteilfehler, einer lokalen Dichte des entstehenden Bauteils, einer Porosität des entstehenden Bauteils, und einem während der Herstellung des Bauteils auftretenden Bauteilfehler, beispielsweise einem Riss.
Insbesondere wird eine über die Schichtfolge der Pulvermaterialschichten nicht konstante, das heißt variierende optimale Schichtzykluszeit verwendet. Insbesondere wird jeweils für eine Pulvermaterialschicht oder eine Mehrzahl von Pulvermaterialschichten oder für eine Gruppe von Pulvermaterialschichten eine separate optimale Schichtzykluszeit verwendet. Insbesondere werden für verschiedene Pulvermaterialschichten oder verschiedene Gruppen von Pulvermaterialschichten verschiedene optimale Schichtzykluszeiten verwendet.
Als Energiestrahl wird vorzugsweise ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl verwendet.
Vorzugsweise wird das Bauteil mittels selektiven Lasersinterns und/oder selektiven Laserschmelzens gefertigt.
Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden.
Zur Erfindung gehört auch ein Computerprogramm, 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.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das Computerprogramm maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Ermittlungsverfahren oder ein Ermittlungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf der Rechenvorrichtung durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf der Rechenvorrichtung läuft.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das Computerprogramm maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes erstes oder zweites Fertigungsverfahren oder ein erstes oder zweites Fertigungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf der Rechenvorrichtung durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf der Rechenvorrichtung läuft.
In Zusammenhang mit dem Computerprogramm ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Ermittlungsverfahren, oder dem ersten oder zweiten Fertigungsverfahren erläutert wurden.
Zur Erfindung gehört auch ein erster Datenträger, umfassend ein erfindungsgemäßes Computerprogramm oder ein Computerprogramm nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird gemäß einem fünften Aspekt auch gelöst, indem eine Planungsvorrichtung zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, um mindestens ein Bauteil aus einem Pulvermaterial mittels des Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials durch lokal selektive Verfestigung des in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterials 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 diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Ermittlungsverfahren und dem ersten und zweiten Fertigungsverfahren erläutert wurden.
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.
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.
Die Aufgabe wird gemäß einem sechsten Aspekt schließlich auch gelöst, indem Fertigungsvorrichtung zum Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, wobei die Fertigungsvorrichtung eine Strahlerzeugungsvorrichtung aufweist, die 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. Außerdem weist die Fertigungsvorrichtung eine Steuervorrichtung auf, die mit der Scannervorrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung anzusteuern, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist zur Durchführung erfindungsgemäßen Planungsverfahrens oder eines Planungsverfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, oder eines erfindungsgemäßen Ermittlungsverfahrens oder eines Ermittlungsverfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, oder eines erfindungsgemäßen ersten oder zweiten Fertigungsverfahrens oder eines ersten oder zweiten Fertigungsverfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
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.
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.
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.
Bevorzugt ist die mindestens eine Strahlerzeugungsvorrichtung als Laser ausgebildet. Die Energiestrahlen werden somit vorteilhaft als intensive Strahlen kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt. Bestrahlung bedeutet insoweit bevorzugt Belichtung.
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.
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, und
2 eine schematische Darstellung von Ausführungsbeispielen von Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl und zum Ermitteln einer optimalen Schichtzykluszeit.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung 1 zum additiven Fertigen von Bauteilen 3 aus einem Pulvermaterial 5 mit einem Ausführungsbeispiel einer Planungsvorrichtung 7.
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 eine Scannervorrichtung 13, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich 15 lokal selektiv mit dem Energiestrahl 11 zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls 11 mindestens ein Bauteil 3 aus dem in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterial 5 herzustellen. Es ist möglich, dass die Strahlerzeugungsvorrichtung 9 mehr als einen Energiestrahl 11 erzeugt, oder dass die Fertigungsvorrichtung 1 mehr als eine Strahlerzeugungsvorrichtung 9 zur Erzeugung einer Mehrzahl an Energiestrahlen 11 aufweist. Vorzugsweise weist die Fertigungsvorrichtung 1 für jeden Energiestrahl 11 eine separate Scannervorrichtung 13 auf. 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. Die Steuervorrichtung 17 ist außerdem mit mindestens einem Überwachungssensor 19, beispielsweise einer Pulverbettkamera zur optischen Überwachung des Arbeitsbereichs 15, wirkverbunden.
Die Steuervorrichtung 17 ist eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden näher beschriebenen Verfahrens zum Planen der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11, kurz auch als Planungsverfahren bezeichnet. 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 auf einer separat zu der Fertigungsvorrichtung 1 vorgesehenen Planungsvorrichtung 7 ausgeführt wird.
Alternativ oder zusätzlich ist die Steuervorrichtung 17 eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden näher beschriebenen Verfahrens zum Ermitteln einer optimalen Schichtzykluszeit, kurz auch als Ermittlungsverfahren bezeichnet.
Insbesondere ist die Steuervorrichtung 17 eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden näher beschriebenen ersten Fertigungsverfahrens. Insbesondere alternativ oder zusätzlich zu ihrer Einrichtung zur Durchführung des Planungsverfahrens ist die Steuervorrichtung 17 eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden näher beschriebenen zweiten Fertigungsverfahrens.
Die Fertigungsvorrichtung 1 ist insbesondere eingerichtet, um die Bauteile 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 Energiestrahls 11 in dem Arbeitsbereich 15 lokal selektiv verfestigt wird, wird das Bauteil 3 Schicht für Schicht, das heißt schichtweise, aufgebaut.
Im Rahmen eines ersten Fertigungsverfahrens zur Herstellung der Bauteile 3 aus dem Pulvermaterial 5 wird ein mithilfe des im Folgenden beschriebenen Planungsverfahrens erhaltener Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11 bereitgestellt, und die Bauteile 3 werden gemäß dem bereitgestellten Bestrahlungsplan gefertigt. Der Bestrahlungsplan wird dabei bevorzugt bereitgestellt, indem - insbesondere durch die Planungsvorrichtung 7 - das Planungsverfahren durchgeführt wird.
Es ist möglich, dass in dem Arbeitsbereich 15 nur genau ein Bauteil 3 hergestellt wird. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird allerdings eine Mehrzahl an Bauteilen 3 simultan durch den Energiestrahl 11 in dem Arbeitsbereich 15 hergestellt.
2 zeigt bei a) eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Planungsverfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11, und bei b) ein Ausführungsbeispiel eines Ermittlungsverfahrens zum Ermitteln einer optimalen Schichtzykluszeit.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Im Folgenden wird zunächst das bei a) schematisch dargestellte Planungsverfahren näher erläutert: Dabei wird in einem ersten Schritt S 1 eine Schichtzykluszeit von einem Beginn der Bestrahlung eines Querschnittsflächenbereichs eines der Bauteile 3 in einer ersten Pulvermaterialschicht bis zu einem Beginn der Bestrahlung desselben Querschnittsflächenbereichs desselben Bauteils 3 in einer zweiten, unmittelbar nachfolgenden Pulvermaterialschicht ermittelt. In einem zweiten Schritt S2 wird die ermittelte Schichtzykluszeit mit einer optimalen Schichtzykluszeit verglichen. Insbesondere wird eine Abweichung der ermittelten Schichtzykluszeit von der optimalen Schichtzykluszeit ermittelt. In einem dritten Schritt S3 wird mindestens eine Anpassungsmaßnahme geplant, wenn die ermittelte Schichtzykluszeit von der optimalen Schichtzykluszeit abweicht, insbesondere wenn ein Betrag der ermittelten Abweichung größer ist als eine vorbestimmte Grenzabweichung.
Insbesondere wird die Schichtzykluszeit für eine Mehrzahl der in der Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterialschichten ermittelt, insbesondere periodisch mit einer durch eine vorbestimmte Schichtanzahl bestimmten Periode, und/oder ereignisgesteuert, insbesondere in Abhängigkeit von wenigstens einem insbesondere durch den mindestens einen Überwachungssensor 19 erfassten Fertigungsparameter. Der erste Schritt S 1, der zweite Schritt S2 und der dritte Schritt S3 werden also insbesondere entlang der Schichtfolge iteriert oder zyklisch durchgeführt.
Insbesondere auf diese Weise wird ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit dem Energiestrahl 11 erhalten oder verändert.
Die mindestens eine Anpassungsmaßnahme ist insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Einfügen mindestens einer Wartezeit, insbesondere zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Pulvermaterialschichten oder zumindest zwei Bestrahlungsvektoren, einer Anpassung wenigstens eines Bestrahlungsparameters für die Bestrahlung des Pulvermaterials 5 mit dem Energiestrahl 11, einer Umplanung einer Bestrahlungsreihenfolge einer Mehrzahl an Querschnittsflächenbereichen, und einer Ausgabe einer Warnmeldung.
Die mindestens eine Anpassungsmaßnahme wird insbesondere innerhalb der durch die vorbestimmte Schichtanzahl bestimmten Periode konstant gehalten.
Insbesondere wird eine bauteilabhängige und/oder von einer momentanen Querschnittsgeometrie des Querschnittsflächenbereichs in der momentanen Pulvermaterialschicht abhängige optimale Schichtzykluszeit verwendet.
Insbesondere wird die Bestrahlung für die Mehrzahl an Bauteilen 3 in dem Arbeitsbereich 15, insbesondere mit dem genau einen Energiestrahl 11, geplant.
Bei b) ist ein Ausgangsbeispiel eines Ermittlungsverfahrens zum Ermitteln der optimalen Schichtzykluszeit dargestellt: Im Rahmen des Ermittlungsverfahrens wird ein dem mindestens einen herzustellenden Bauteil entsprechendes Testbauteil aus dem Pulvermaterial durch lokal selektive Verfestigung des in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterials 5 durch Bestrahlung mit dem Energiestrahl 11 hergestellt, wobei das mindestens eine Testbauteil mittels des Energiestrahls 11 schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Test-Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Test-Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials 5 hergestellt wird, wobei während der Herstellung des Testbauteils in einem vierten Schritt S4 für eine Mehrzahl der in der Test-Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Test-Pulvermaterialschichten, insbesondere periodisch mit einer durch eine vorbestimmte Test-Schichtanzahl bestimmten Test-Periode, und/oder ereignisgesteuert mindestens ein Testparameter ermittelt wird, wobei in einem fünften Schritt S5 die optimale Schichtzykluszeit in Abhängigkeit von dem mindestens einen Testparameter bestimmt wird. Insbesondere werden der vierte Schritt S4 und der fünfte Schritt S5 entlang der Schichtfolge iteriert oder zyklisch durchgeführt, insbesondere in der beschriebenen Weise periodisch.
Der mindestens eine Testparameter ist insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer momentanen Querschnittsgeometrie eines Test-Querschnittsflächenbereichs des Testbauteils, einer Test-Schichtzykluszeit, einem insbesondere durch den mindestens einen Überwachungssensor 19 erfassten Test-Fertigungsparameter, und einem Eingriff in das Verfahren durch einen Betreiber oder ein Überwachungssystem.
Insbesondere wird die optimale Schichtzykluszeit durch Variation der Test-Schichtzykluszeit und Auswertung des mindestens einen Test-Fertigungsparameters in Abhängigkeit von der Test-Schichtzykluszeit ermittelt.
Alternativ zu einer separaten Durchführung des Ermittlungsverfahrens können die Schritte des Ermittlungsverfahrens, insbesondere der vierte Schritt S4 und der fünften Schritt S5 auch als vorgelagerte Schritte des Planungsverfahrens durchgeführt werden, also insbesondere vor dem ersten Schritt S1.
Im Rahmen eines nicht explizit dargestellten Ausführungsbeispiel eines zweiten Fertigungsverfahrens wird mindestens eines der Bauteile 3 mittels des Energiestrahls 11 schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials hergestellt, wobei eine Schichtzykluszeit von einem Beginn der Bestrahlung eines Querschnittsflächenbereichs des Bauteils 3 in einer ersten Pulvermaterialschicht bis zu einem Beginn der Bestrahlung desselben Querschnittsflächenbereichs des mindestens einen Bauteils 3 in einer zweiten, unmittelbar nachfolgenden Pulvermaterialschicht ermittelt wird, wobei die ermittelte Schichtzykluszeit mit einer optimalen Schichtzykluszeit verglichen wird, und wobei mindestens eine Anpassungsmaßnahme durchgeführt wird, wenn die ermittelte Schichtzykluszeit von der optimalen Schichtzykluszeit abweicht.
Die optimale Schichtzykluszeit kann dabei in einem separaten Ermittlungsverfahren, wie bei b) dargestellt, oder aber in entsprechend vorgelagerten Schritten des zweiten Fertigungsverfahrens durchgeführt werden, analog zu der zuvor beschriebenen Vorgehensweise zum Ermitteln der optimalen Schichtzykluszeit.

Claims

Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit einem Energiestrahl (11), um mindestens ein Bauteil (3) aus einem Pulvermaterial (5) mittels des Energiestrahls (11) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials (5) durch lokal selektive Verfestigung des in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterials (5) herzustellen, wobei eine Schichtzykluszeit von einem Beginn der Bestrahlung eines Querschnittsflächenbereichs des Bauteils (3) in einer ersten Pulvermaterialschicht bis zu einem Beginn der Bestrahlung desselben Querschnittsflächenbereichs des Bauteils (3) in einer zweiten, unmittelbar nachfolgenden Pulvermaterialschicht ermittelt wird, wobei die ermittelte Schichtzykluszeit mit einer optimalen Schichtzykluszeit verglichen wird, und wobei mindestens eine Anpassungsmaßnahme geplant wird, wenn die ermittelte Schichtzykluszeit von der optimalen Schichtzykluszeit abweicht, wobei insbesondere ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs (15) mit dem Energiestrahl (11) erhalten oder verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Anpassungsmaßnahme ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Einfügen mindestens einer Wartezeit, insbesondere zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Pulvermaterialschichten oder zumindest zwei Bestrahlungsvektoren, einer Anpassung wenigstens eines Bestrahlungsparameters für die Bestrahlung des Pulvermaterials (5) mit dem Energiestrahl (11), einer Umplanung einer Bestrahlungsreihenfolge einer Mehrzahl an Querschnittsflächenbereichen, und einer Ausgabe einer Warnmeldung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtzykluszeit für eine Mehrzahl der in der Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten ermittelt wird, insbesondere periodisch mit einer durch eine vorbestimmte Schichtanzahl bestimmten Periode, und/oder ereignisgesteuert, insbesondere in Abhängigkeit von wenigstens einem insbesondere durch mindestens einen Überwachungssensor (19) erfassten Fertigungsparameter.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Anpassungsmaßnahme innerhalb der durch die vorbestimmte Schichtanzahl bestimmten Periode konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine bauteilabhängige und/oder von einer momentanen Querschnittsgeometrie des Querschnittsflächenbereichs in der momentanen Pulvermaterialschicht abhängige optimale Schichtzykluszeit verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestrahlung für eine Mehrzahl an Bauteilen (3) in dem Arbeitsbereich (15), insbesondere mit genau einem Energiestrahl (11), geplant wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor der Planung der Bestrahlung des Arbeitsbereichs (15) die optimale Schichtzykluszeit ermittelt wird, indem ein dem mindestens einen herzustellenden Bauteil (3) entsprechendes Testbauteil aus dem Pulvermaterial (5) durch lokal selektive Verfestigung des in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterials (5) durch Bestrahlung mit dem Energiestrahl (11) hergestellt wird, wobei das mindestens eine Testbauteil mittels des Energiestrahls (11) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Test-Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Test-Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials (5) hergestellt wird, wobei während der Herstellung des Testbauteils für eine Mehrzahl der in der Test-Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Test-Pulvermaterialschichten, insbesondere periodisch mit einer durch eine vorbestimmte Test-Schichtanzahl bestimmten Test-Periode, und/oder ereignisgesteuert mindestens ein Testparameter ermittelt wird, wobei die optimale Schichtzykluszeit in Abhängigkeit von dem mindestens einen Testparameter bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Testparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer momentanen Querschnittsgeometrie eines Test-Querschnittsflächenbereichs des Testbauteils, einer Test-Schichtzykluszeit, einem insbesondere durch mindestens einen Überwachungssensor (19) erfassten Test-Fertigungsparameter, und einem Eingriff in das Verfahren durch einen Betreiber oder ein Überwachungssystem.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die optimale Schichtzykluszeit durch Variation der Test-Schichtzykluszeit und Auswertung des mindestens einen Test-Fertigungsparameters in Abhängigkeit von der Test-Schichtzykluszeit ermittelt wird.
Verfahren zum Ermitteln einer optimalen Schichtzykluszeit für die Herstellung mindestens eines Bauteils (3) in einem pulverbettbasierten Fertigungsverfahren, wobei ein dem mindestens einen herzustellenden Bauteil (3) entsprechendes Testbauteil aus dem Pulvermaterial (5) durch lokal selektive Verfestigung des in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterials (5) durch Bestrahlung mit dem Energiestrahl (11) hergestellt wird, wobei das mindestens eine Testbauteil mittels des Energiestrahls (11) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Test-Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Test-Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials (5) hergestellt wird, wobei während der Herstellung des Testbauteils für eine Mehrzahl der in der Test-Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Test-Pulvermaterialschichten, insbesondere periodisch mit einer durch eine vorbestimmte Test-Schichtanzahl bestimmten Test-Periode, und/oder ereignisgesteuert mindestens ein Testparameter ermittelt wird, wobei die optimale Schichtzykluszeit in Abhängigkeit von dem mindestens einen Testparameter bestimmt wird.
Verfahren zum Fertigen mindestens eines Bauteils (3) aus einem Pulvermaterial (5) durch lokal selektive Verfestigung eines in einem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterials (5) durch Bestrahlung mit einem Energiestrahl (11), wobei das mindestens eine Bauteil (3) mittels des Energiestrahls (11) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials (5) hergestellt wird, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines mithilfe eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit einem Energiestrahl (11), um das Bauteil (3) mittels des Energiestrahls (11) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials (5) herzustellen, und Fertigen des Bauteils (3) gemäß dem Bestrahlungsplan.
Verfahren zum Fertigen mindestens eines Bauteils (3) aus einem Pulvermaterial (5) durch lokal selektive Verfestigung eines in einem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterials (5) durch Bestrahlung mit einem Energiestrahl (11), wobei das mindestens eine Bauteil (3) mittels des Energiestrahls (11) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials (5) hergestellt wird, wobei eine Schichtzykluszeit von einem Beginn der Bestrahlung eines Querschnittsflächenbereichs des Bauteils (3) in einer ersten Pulvermaterialschicht bis zu einem Beginn der Bestrahlung desselben Querschnittsflächenbereichs des Bauteils (3) in einer zweiten, unmittelbar nachfolgenden Pulvermaterialschicht ermittelt wird, wobei die ermittelte Schichtzykluszeit mit einer optimalen Schichtzykluszeit verglichen wird, und wobei mindestens eine Anpassungsmaßnahme durchgeführt wird, wenn die ermittelte Schichtzykluszeit von der optimalen Schichtzykluszeit abweicht.
Planungsvorrichtung (7) zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit einem Energiestrahl (11), um mindestens ein Bauteil (3) aus einem Pulvermaterial (5) mittels des Energiestrahls (11) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials (5) durch lokal selektive Verfestigung des in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterials (5) herzustellen, wobei die Planungsvorrichtung (7) eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Fertigungsvorrichtung (1) zum Fertigen von Bauteilen (3) aus einem Pulvermaterial (5), mit - einer Strahlerzeugungsvorrichtung (9), die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls (11), - einer Scannervorrichtung (13), die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich (15) lokal selektiv mit dem Energiestrahl (11) zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls (11) ein Bauteil (3) aus dem in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterial (5) herzustellen, und mit - einer Steuervorrichtung (17), die mit der Scannervorrichtung (13) wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung (13) anzusteuern, wobei - die Steuervorrichtung (17) eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 12.