DE102022122758A1

DE102022122758A1 - Verfahren, Steuerprogramm und Planungseinrichtung zur pulverbettbasierten schichtweisen additiven Fertigung

Info

Publication number: DE102022122758A1
Application number: DE102022122758.8A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Gutmann
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2022-09-08
Filing date: 2022-09-08
Publication date: 2024-03-14

Abstract

Verfahren, insbesondere LMF-, SLS- oder EBM-Verfahren, zum schichtweisen additiven Fertigen mindestens eines Bauteils (19) in einem Pulverbett (15) mittels mindestens zwei Strahlen (11a, 11b), welche über einem gemeinsamen Pulverbettbereich (18) zweidimensional ablenkbar sind, wobei mit mindestens einem der Strahlen (11a, 11b) zumindest eine erste Insel des mindestens einen Bauteils (19) im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) einer ersten Pulverschicht verfestigt wird, eine zweite Pulverschicht auf der zumindest teilweise verfestigten ersten Pulverschicht aufgetragen wird, und mit mindestens einem der Strahlen (11a, 11b) zumindest eine zweite Insel des mindestens einen Bauteils (19) im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) der zweiten Pulverschicht verfestigt wird, wodurch zumindest eine der zweiten Inseln zumindest abschnittsweise mit zumindest einer der ersten Inseln verbunden wird, wobei die Verfestigung der ersten und der zweiten Inseln umfasst, dass zumindest eine der ersten Inseln und eine der zweiten Inseln zumindest abschnittsweise entlang einer Konturfahrt verfestigt werden, wobei eine der zweiten Inseln im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) mit genau einer der ersten Inseln im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) verbunden wird, undwobei die miteinander verbundene eine zweite Insel und eine erste Insel von ausschließlich einem der Strahlen (11a, 11b) verfestigt wird, insbesondere wenn die erste Insel und/oder die zweite Insel filigran ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, insbesondere LMF-, SLS- oder EBM-Verfahren, zum schichtweisen additiven Fertigen mindestens eines Bauteils in einem Pulverbett mittels mindestens zwei Strahlen, welche über einem gemeinsamen Pulverbettbereich zweidimensional ablenkbar sind, wobei mit mindestens einem der Strahlen zumindest eine erste Insel des mindestens einen Bauteils im gemeinsamen Pulverbettbereich einer ersten Pulverschicht verfestigt wird, eine zweite Pulverschicht auf der zumindest teilweise verfestigten ersten Pulverschicht aufgetragen wird und mit mindestens einem der Strahlen zumindest eine zweite Insel des mindestens einen Bauteils im gemeinsamen Pulverbettbereich der zweiten Pulverschicht verfestigt wird, wodurch zumindest eine der zweiten Inseln zumindest abschnittsweise mit zumindest einer der ersten Inseln verbunden wird, wobei die Verfestigung der ersten und der zweiten Inseln umfasst, dass zumindest eine der ersten Inseln und eine der zweiten Inseln zumindest abschnittsweise entlang einer Konturfahrt verfestigt werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Steuerprogramm zur Durchführung des Verfahrens und eine Planungseinrichtung zur Erstellung eines solchen Steuerprogramms.
Ein derartiges Verfahren zur pulverbettbasierten additiven Fertigung ist bereits aus der WO 2018/086991 A1 bekannt geworden. Eine Insel bezeichnet hierbei einen geschlossenen Flächenabschnitt, wobei eine oder mehrere Inseln einen Querschnitt des Bauteils ausbilden. Der Begriff kann sowohl für bereits verfestigte, als auch für noch zu verfestigende, geschlossene Flächenabschnitte verwendet werden. Der gemeinsame Pulverbettbereich bezeichnet hierbei einen Abschnitt des Pulverbetts, in dem die mindestens zwei Strahlen das Pulverbett verfestigen können. Der gemeinsame Pulverbettbereich kann dabei das gesamte für die additive Fertigung geeignete Pulverbett umfassen, oder auch nur einen größeren Teil, bspw. 60 % oder mehr. Dies ermöglicht eine flexible Fertigung von Bauteilen mit dem einen und/oder dem anderen der mindestens zwei Strahlen und dadurch eine hohe Auslastung der Strahlen. Der gemeinsame Pulverbettbereich kann jedoch auch kleiner sein, bspw. einen Streifen im Pulverbett ausbilden mit einer Breite im Bereich von Millimetern oder Zentimetern.
In den letzten Jahren hat die additive Fertigung von Bauteilen auch im industriellen Umfeld an Bedeutung gewonnen. Die additive Fertigung in einem Pulverbett (Powder Bed Fusion, PBF), bei der schrittweise dünne Pulverschichten, bspw. aus Metall-, Keramik- oder Thermoplastpulver, aufgetragen und mit einem oder mehreren Strahlen lokal verfestigt werden, um sukzessive das Bauteil aufzubauen, ist besonders geeignet zur Fertigung komplexer und filigraner Bauteile. Maschinen, die geeignet sind zur Durchführung eines PBF-Verfahrens, werden im Folgenden mit PBF-Maschinen bezeichnet. Als Strahlquellen werden dabei üblicherweise Laser und Elektronenstrahlsysteme verwendet. Bei Verwendung einer Laserquelle spricht man auch von Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Der Strahl kann das Pulver zum Verfestigen sintern oder schmelzen und dabei mit zuvor bereits verfestigten Bauteilschichten stoffschlüssig verbinden. Je nach Strahlquelle spricht man beim Sintern vom Selektiven Lasersintern (Selective Laser Sintering, SLS) oder Elektronenstrahlsintern, beim Schmelzen vom Selektiven Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) oder Elektronenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting, EBM). Bei der pulverbettbasierten additiven Fertigung von Metallpulver mit einem Laserstrahl ist bspw. auch die Bezeichnung des Laser Metal Fusion (LMF) bekannt.
Aus der zuvor genannten WO 2018/086991 A1 ist bekannt, bei einem LPBF-Verfahren ein Bauteil in einem gemeinsamen Pulverbettbereich mehrerer Laserstrahlen so zu fertigen, dass zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Genauigkeit jeder einzelne, sich über mehrere Schichten erstreckende, rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zum Pulverbett ausgerichtete Oberflächenabschnitt des Bauteils ausschließlich von einem der Laserstrahlen gefertigt wird. Dadurch wird vermieden, dass verschiedene Laserstrahlen Teile desselben Oberflächenabschnitts verfestigen, wodurch es auf Grund von Kalibrierfehlern der Laserstrahlen oder Drifts der Kalibrierung während der additiven Fertigung zu einem Versatz der Verfestigungsbahnen und damit einer Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit kommen kann.
Dies hat den Nachteil, dass es bei einem zu großen Versatz zwischen der von einem Laser verfestigten Konturfahrt und den von einem anderen Laser verfestigten innenliegenden Bereichen einer Insel zu einem Porensaum unterhalb der durch Konturfahrten gebildeten Oberflächenabschnitte des Bauteils kommen kann. WO 2018/086991 A1 schlägt optional vor, dass Konturfahrt und innenliegender Bereich stets mindestens in der Größenordnung der Kalibrierfehler oder Drifts überlappen. Dies hat wiederum den Nachteil, dass es zu unterschiedlichen Materialeigenschaften der durch die Konturfahrt gebildeten Oberflächenabschnitte kommen kann, je nachdem ob diese auf Grund von Kalibrierfehlern oder Drifts zwischen den Laserstrahlen abschnittsweise zusätzlichen Verfestigungsschritten ausgesetzt sind oder nicht.
Aufgabe der Erfindung
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung reproduzierbare Materialeigenschaften des Bauteils zu erhalten ohne wesentliche Einschränkungen bei Oberflächenqualität und Produktivität hinnehmen zu müssen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren, insbesondere LMF-, SLS- oder EBM-Verfahren, zum schichtweisen additiven Fertigen mindestens eines Bauteils in einem Pulverbett mittels mindestens zwei über einen gemeinsamen Pulverbettbereich zweidimensional ablenkbarer Strahlen. Der Vorteil der Verwendung mehrerer Strahlen in einem gemeinsamen Pulverbettbereich besteht darin, dass die Produktivität der additiven Fertigung erhöht wird.
Bei diesem Verfahren wird mit mindestens einem der Strahlen zumindest eine erste Insel des mindestens einen Bauteils im gemeinsamen Pulverbettbereich einer ersten Pulverschicht verfestigt, eine zweite Pulverschicht auf der verfestigten ersten Pulverschicht aufgetragen und mit mindestens einem der Strahlen zumindest eine zweite Insel des mindestens einen Bauteils im gemeinsamen Pulverbettbereich der zweiten Pulverschicht verfestigt, wodurch zumindest eine der zweiten Inseln zumindest abschnittsweise mit zumindest einer der ersten Inseln verbunden wird, wobei die Verfestigung der ersten und der zweiten Inseln umfasst, dass zumindest eine der ersten Inseln und eine der zweiten Inseln zumindest abschnittsweise entlang einer Konturfahrt verfestigt werden.
Eine Insel bezeichnet hierbei einen einzelnen, zusammenhängenden Flächenbereich des zu verfestigenden oder verfestigten Querschnitts eines Bauteils in einer Pulverschicht. Unter einer Konturfahrt wird eine Verfestigung entlang eines Abschnitts des Sollumrisses oder entlang des gesamten Sollumrisses einer Insel verstanden. Dabei kann die Konturfahrt durch einen einmaligen oder mehrmalige, überlappende Verfestigungsschritte gebildet werden, wobei der Umriss der Insel durch den äußeren Rand der Konturfahrt gebildet wird. Solche Konturfahrten sind bspw. aus DE 10 2005 027 0311 B3 bekannt. Konturfahrten ermöglichen eine erhöhte Oberflächenqualität, bspw. durch homogene Materialeigenschaften oder eine Verringerung der Oberflächenrauhigkeit. Solche Konturfahrten können bspw. durch aneinanderhängende lineare Vektoren approximiert werden, entlang denen der Strahl über das Pulverbett abgelenkt wird. Beim Verfestigen der Insel wird zumindest zwischen der Konturfahrt und den übrigen, innenliegenden Bereichen unterschieden. Diese innenliegenden Bereiche können gemäß verschiedener Scanstrategien verfestigt werden, bspw. aufgeteilt auf Streifen oder Schachbrettfelder. Bei der Streifen-Strategie wird der innenliegende Bereich der Insel streifenweise verfestigt, wobei der Strahl jeden Streifen durch Ablenken entlang von im Wesentlichen senkrecht zum Streifen ausgerichteten Vektoren verfestigt. Eine solche Strategie ist bspw. in der EP 2956262 A2 ausführlich beschrieben. Bei der Schachbrettfeld-Strategie wird üblicherweise der innenliegende Bereich der Insel in quadratische Abschnitte aufgeteilt, die entlang von parallel zu jeweils einem Seitenflächenpaar jedes quadratischen Abschnitts angeordneten Vektoren verfestigt werden. Dabei werden die Vektoren bei nebeneinanderliegenden quadratischen Abschnitten üblicherweise um 90° zueinander gedreht. Eine solche Strategie ist bspw. in der CN 105750543 A offenbart worden. Die Oberflächenrauhigkeit wird mittels der Konturfahrten verringert, da die Kontur der Insel nicht mehr zahlreiche Vektorstartpunkte und Vektorendpunkte umfasst, entlang denen die im Vergleich zur Konturfahrt innenliegenden Bereiche einer Insel verfestigt werden.
Ein Vektor repräsentiert dabei eine bei der Verfestigung des Pulverbetts auszuführende Bewegungsbahn eines Strahls, der bei der Planung der Verfestigung erstellt wird.
Erfindungsgemäß wird eine der zweiten Inseln im gemeinsamen Pulverbettbereich mit genau einer der ersten Inseln im gemeinsamen Pulverbettbereich verbunden, wobei die miteinander verbundene eine zweite Insel und eine erste Insel von ausschließlich einem der Strahlen verfestigt wird, insbesondere wenn die erste Insel und/oder die zweite Insel filigran ist.
Unter einer filigranen Insel wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Insel zu verstehen, welche mindestens ein Filigranitätskriterium ausgewählt aus der nachfolgenden Liste erfüllt: Einer Fläche eines untersuchten Bereichs oder Teilbereichs der Querschnittsfläche des Bauteils, einem Verhältnis von Umfang zu Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs, einem Verhältnis einer ersten Ausdehnung des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs entlang einer ersten kartesischen Koordinate in der Pulvermaterialschicht - beispielsweise x-Koordinate - zur Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs, einem Verhältnis einer zweiten Ausdehnung des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs entlang einer zweiten kartesischen Koordinate in der Pulvermaterialschicht - beispielsweise y-Koordinate - zur Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs, einem Verhältnis einer dritten Ausdehnung des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs entlang einer Diagonale - beispielsweise xy-Linie - zwischen der ersten kartesischen Koordinaten und der zweiten kartesischen Koordinate zur Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs, einer Länge von Bestrahlungsvektoren in dem untersuchten Bereich oder Teilbereich, einer Anzahl von unmittelbar einander benachbart angeordneten Kurzvektoren, einer geometrischen Lage von Kurzvektoren relativ zu einer Bauteilgeometrie des Bauteils und/oder innerhalb eines Bestrahlungsmusters für die der Querschnittsfläche zugeordnete 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 der Querschnittsfläche zugeordneten 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.
Insbesondere ist eine Insel filigran, wenn ihr Flächeninhalt kleiner ist als 20 mm², insbesondere kleiner als 10 mm², insbesondere kleiner als 3 mm².
Insbesondere wird ein untersuchter Teilbereich der Querschnittsfläche einer Insel als Filigranbereich bzw. als filigrane Insel erkannt, wenn die Fläche des Teilbereichs 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 Teilbereich der Querschnittsfläche 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 Teilbereich der Querschnittsfläche 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 Teilbereich der Querschnittsfläche 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 Teilbereich 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 mm¹, 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 Teilbereich 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 Teilbereich als Filigranbereich erkannt, wenn Kurzvektoren relativ zur Bauteilgeometrie des Bauteils derart angeordnet sind, dass sie mit mindestens einem Vektorende an die Bauteilkontur angrenzen.
Insbesondere wird der untersuchte Teilbereich 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 Teil der Querschnittsfläche als filigran erkannt, wenn der Bestrahlungsvektorlängen-Gradient anzeigt, dass die Bestrahlungsvektorlänge entlang der betrachteten Richtung monoton abnimmt. Alternativ oder zusätzlich wird ein Teil der Querschnittsfläche als filigran erkannt, wenn der Bestrahlungsvektorlängen-Gradient anzeigt, dass die Bestrahlungsvektorlänge entlang der betrachteten Richtung monoton zunimmt.
Vorteilhafterweise wird durch die Konturfahrten der miteinander verbundenen einen zweiten Insel und einen ersten Insel zumindest ein rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zum Pulverbett ausgerichteter Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils und/oder ein nicht parallel oder nicht nahezu parallel zum Pulverbett ausgerichteter Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils ausgebildet.
Dies hat den Vorteil, dass es bei zwei miteinander verbundenen Inseln des Bauteils keinen Versatz durch Kalibrationsfehler oder Drifts der Strahlen zueinander zwischen den Konturfahrten und zwischen Konturfahrt und innenliegenden Bereichen gibt, wodurch eine hohe lokale Oberflächenqualität bei reproduzierbaren Materialeigenschaften erreicht werden kann. Auf Grund der üblicherweise komplexen bzw. filigranen Bauteile, die mit PBF gefertigt werden, sind dabei keine wesentlichen Produktivitätseinbußen zu erwarten, da die mindestens zwei Strahlen zeitparallel verschiedene Inseln im Pulverbett verfestigen können.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Konturfahrten der miteinander verbundenen einen zweiten Insel und einen ersten Insel ebenfalls von dem ausschließlich einen Strahl durchgeführt.
Bevorzugt wird zumindest eine weitere der zweiten Inseln im gemeinsamen Pulverbettbereich mit genau einer weiteren der ersten Inseln im gemeinsamen Pulverbettbereich zumindest abschnittsweise verbunden, wobei durch die Konturfahrten der miteinander verbundenen weiteren einen ersten Insel und weiteren einen zweiten Insel zumindest ein rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zum Pulverbett ausgerichteter weiterer Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils und/oder ein nicht parallel oder nicht nahezu parallel zum Pulverbett ausgerichteter weiterer Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils ausgebildet wird, und wobei die miteinander verbundenen weitere eine erste und weitere eine zweite Insel von ausschließlich einem der Strahlen verfestigt wird.
Durch diese Variante kann eine hohe lokale Oberflächenqualität bei reproduzierbaren Materialeigenschaften bei den Oberflächenabschnitten einer Auswahl von jeweils zwei miteinander verbundenen Inseln des Bauteils erzielt werden. So ist es bspw. möglich einen Porensaum oder inhomogene Materialeigenschaften gezielt an Oberflächenabschnitten des Bauteils zu vermeiden, bei denen eine Oberflächennachbearbeitung geplant ist oder das Bauteil Belastungen, wie bspw. Biege-, Druck- und/oder Zugbelastungen, ausgesetzt werden soll. Ein Porensaum kann bspw. durch Fräsen freigelegt werden, was zu einer optisch schlechten Oberflächenqualität führt. Bei zyklisch belasteten Bauteilabschnitten können der Porensaum einen Ausgangspunkt für Risse begründen und inhomogene Materialeigenschaften zu einer schlecht vorhersagbaren Lebensdauer des Bauteils führen.
In einer weiteren Variante wird mindestens in einer zusätzlichen von der ersten und zweiten verschiedenen Pulverschicht eine zusätzliche Insel des Bauteils oder eines weiteren Bauteils im gemeinsamen Pulverbettbereich mit genau einer zuvor verfestigten Insel im gemeinsamen Pulverbettbereich zumindest abschnittsweise verbunden, wobei durch die Konturfahrten der zusätzlichen Insel und der einen, damit verbundenen Insel zumindest ein rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zum Pulverbett ausgerichteter Oberflächenabschnitt des Bauteils und/oder ein nicht parallel oder nicht nahezu parallel zum Pulverbett ausgerichteten zusätzlichen Oberflächenabschnitt des Bauteils ausgebildet wird, und wobei die zusätzliche Insel und die eine, damit verbundene Insel von ausschließlich einem der Strahlen verfestigt wird.
Dadurch kann eine hohe lokale Oberflächenqualität bei reproduzierbaren Materialeigenschaften bei den Oberflächenabschnitten auch bei einer Auswahl mehrerer Bauteile erzielt werden. Des Weiteren können Oberflächenabschnitte bei verschiedenen Höhen der Bauteile verbessert werden, solange eine Insel mit jeweils genau einer vorherigen oder nachfolgenden Pulverschicht verbunden wird. Mit der Höhe des Bauteils wird dabei die Koordinate in senkrechter Richtung zum Pulverbett verstanden.
In einer weiteren Variante wird durch den Oberflächenabschnitt, den mindestens einen weiteren Oberflächenabschnitt und/oder den mindestens einen zusätzlichen Oberflächenabschnitt ein gemeinsamer Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils ausgebildet wird, der rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zum Pulverbett und/oder nicht parallel oder nicht nahezu parallel zum Pulverbett ausgerichtet ist.
Dies hat den Vorteil, dass eine beliebige Auswahl an Oberflächenabschnitten mit hoher lokaler Oberflächenqualität bei reproduzierbaren Materialeigenschaften gefertigt wird, solange jeweils eine Insel mit genau einer zuvor verfestigten Insel verbunden wird. Dadurch sind auch keine wesentlichen Produktivitätseinbußen zu erwarten, solange sich die Größe der Inseln von Schicht zu Schicht nicht zu sehr ändert bzw. Querschnitte des Bauteils mit einem beliebigen der Strahlen verfestigt werden können, da diese bspw. keine erfindungsgemäß zu produzierenden Oberflächenabschnitte aufweist.
In einer weiteren Variante des Verfahrens wird in einer weiteren Pulverschicht eine weitere Insel im gemeinsamen Pulverbettbereich mit mehreren Inseln im gemeinsamen Pulverbettbereich einer vorherigen oder darauffolgenden Pulverschicht zumindest abschnittsweise verbunden, wobei die weitere Insel und zumindest eine der mehreren damit verbundenen Inseln Konturfahrten aufweisen, die zumindest einen rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zum Pulverbett ausgerichteten Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils und/oder einen nicht parallel oder nicht nahezu parallel zum Pulverbett ausgerichteten Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils ausbilden, und wobei die weitere Insel und zumindest die eine der mehreren damit verbundenen Inseln, bevorzugt alle der mehreren Inseln, von ausschließlich einem der Strahlen verfestigt werden.
Die weitere Insel und eine der mehreren damit verbundenen Inseln mit nur einem der Strahlen zu verfestigen hat den Vorteil, dass die mehreren Inseln mit verschiedenen Strahlen verfestigt werden können und damit zumindest über große Teile der additiven Fertigung eine hohe Auslastung der Strahlen und damit eine hohe Produktivität gewährleistet wird. Dennoch kommt es höchstens an einem Übergang von einer Insel zu mehreren Inseln zu einem Wechsel der Strahlen zur Verfestigung, so dass die hohe Oberflächenqualität und reproduzierbaren Materialeigenschaften über große Teile des Bauteils gewährleistet bleibt. Die weitere Insel mit allen der mehreren Inseln mit nur einem Strahl zu verfestigen hat den Vorteil, dass bspw. bei der Verfestigung einer Vielzahl von Bauteilen im gemeinsamen Pulverbettbereich, wodurch eine hohe Auslastung der Strahlen und damit Produktivität gewährleistet ist, über das gesamte Bauteil die hohe Oberflächenqualität und reproduzierbaren Materialeigenschaften gewährleistet bleiben.
In einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens wird jede der Inseln mit mindestens einer Konturfahrt im gemeinsamen Pulverbettbereich von genau einem der Strahlen verfestigt.
Damit werden reproduzierbare Materialeigenschaften für alle Bauteile gewährleistet. Des Weiteren werden vorzugsweise Konturfahrten nur in Oberflächenbereichen durchgeführt, an welche bestimmte Anforderungen an dessen Oberfläche gestellt werden, wie beispielsweise Rauheit.
In einer weiteren Variante des Verfahrens sind die projizierten Brennflecken der Strahlen gleich groß und/oder erzeugen Schmelzbäder im Pulverbett mit der gleichen Breite.
Dies gewährleistet eine hohe Flexibilität der Verfestigung von Bauteilen und erlaubt damit eine hohe Produktivität, da die Strahlen gleichermaßen geeignet sind, beliebige Inseln zu fertigen, bspw. unabhängig davon, ob durch ausgewählte Inseln oder Konturfahrten besonders filigrane Abschnitte des Bauteils ausgebildet werden müssen. Die Strahlen werden oft auf die Ebene der zu verfestigenden Pulverschicht fokussiert und weisen im Fokus üblicherweise Durchmesser zwischen 50 und 200 µm, bevorzugt zwischen 50 und 70 µm oder 70 und 100 µm, auf. Im Falle nur eines Strahls und bei kleinen Baufeldern ist bekannt bspw. über ein F-Theta-Objektiv sicherzustellen, dass der Laserstrahl immer senkrecht auf das Pulverbett auftrifft. Üblicherweise werden die Strahlen jedoch von starr über dem Pulverbett angeordneten Scannereinrichtungen, bspw. Scannerspiegeln oder Scannerspiegelpaaren im Falle von Lasern oder Elektrodenpaaren im Falle von Elektronenstrahlen, über das Pulverbett abgelenkt und können dann unter einem von 90° verschiedenen Winkel auf das Pulverbett treffen. Die auf das Pulverbett projizierten Brennflecken der Strahlen ändern sich dadurch und weisen dann bspw. eine elliptische anstelle einer kreisrunden Form auf. Unter der Größe des projizierten Brennflecks wird daher im Rahmen dieser Erfindung dessen größte Erstreckung verstanden, d.h. im Falle eines kreisrunden Brennfleckens der Durchmesser und im Falle eines elliptischen Brennflecks die Länge der Längsachse, auch bezeichnet als Hauptachse. Die minimale und maximale Größe eines Strahls hängt damit vom minimal und maximal möglichen Auftreffwinkel des Strahls auf das Pulverbett ab. Die projizierten Brennflecken zweier Strahlen sind im Rahmen dieser Erfindung gleich groß, wenn die minimale und/oder maximale Größe des einen Strahls zwischen der minimalen und maximalen Größe des anderen Strahls liegt oder mit der minimalen oder maximalen Größe des anderen Strahls identisch ist. Dies hat den Vorteil, dass in vielen Fällen für eine Verfestigung der Pulverschicht geeignete Parameter des einen Strahls unverändert auch für den anderen Strahl verwendet werden können und dann bspw. im Falle des SLM oder EBM Schmelzbäder mit der gleichen Breite im Pulverbett erzeugen.
Es ist jedoch auch bei Strahlen, die nicht die gleiche Größe aufweisen, in einem gewissen Rahmen möglich, die Parameter derart anzupassen, dass dennoch Schmelzbäder mit der gleichen Breite im Pulverbett erzeugt werden. Bspw. kann die Größe des projizierten Brennflecks der Breite des erzeugten Schmelzbads entsprechen, aber auch wesentlich davon abweichen, bspw. um einen Faktor 2 oder 3. Zum Beispiel kann der projizierte Brennfleck wesentlich kleiner sein als das Schmelzbad. Der projizierte Brennfleck führt dabei zu einer lokalen Erhitzung, die durch Wärmeleitung zu einer über die Größe des Brennflecks hinausgehenden Breite des Schmelzbads führt. Dadurch ist ein flexibler Einsatz von Strahlen auch bei abweichender Größe möglich ist.
In einer weiteren Variante des Verfahrens werden zur Verfestigung Bearbeitungsparameter der Strahlen, insbesondere Scangeschwindigkeit, Strahlenergie und/oder Strahldurchmesser, angepasst.
Dies erlaubt es bspw. eine konstante Breite der durch die Strahlen erzeugten Schmelzbäder im Pulverbett zu erzeugen. So kann zum Beispiel bei einer Unterschreitung einer minimalen Ablenkgeschwindigkeit eines Strahls bei der Verfestigung filigraner Abschnitte, auf Grund einer Limitierung der maximalen Beschleunigung oder des maximalen Rucks der Scannereinrichtung, die Strahlenergie abgesenkt oder der Strahldurchmesser vergrößert werden, um eine lokale Überhitzung und eine damit zunehmende Breite des Schmelzbads vermeiden.
In einer weiteren Variante des Verfahrens werden für alle Strahlen die Bearbeitungsparameter in gleicher Weise angepasst.
Dies hat den Vorteil, dass es genügt, einen Satz Bearbeitungsparameter zu entwickeln, der zu einem stabilen Verfestigungsprozess im Pulverbett führt und von allen Strahlen verwendet werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Steuerprogramm, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte der zuvor genannten Verfahren angepasst sind, wenn das Steuerprogramm auf einer Maschinensteuerung einer additiven Fertigungsvorrichtung, insbesondere einer LMF-, SLS- oder EBM-Maschine, ausgeführt wird.
Die Vorteile des Steuerprogramms entsprechen den Vorteilen der damit ausgeführten Verfahren. Ein typisches Steuerprogramm weist dabei üblicherweise eine Datenmenge im Bereich von Megabyte bis Gigabyte auf und damit eine derart große Anzahl an Anweisungen für die Maschinensteuerung, dass eine manuelle Ausführung nicht sinnvoll möglich ist. Das Steuerprogramm hat dagegen den Vorteil, dass die Anweisungen automatisiert ausgeführt werden können. Ein Steuerprogramm weist dabei üblicherweise Informationen zur Schichtdicke der aufzutragenden Pulverschichten, die zu verfestigenden Vektoren und insbesondere auch Bearbeitungsparameter beispielsweise in Abhängigkeit der Schichtdicke oder des zu verwendenden Pulvers auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Planungseinrichtung zur Erstellung eines Steuerprogramms zur Steuerung einer Maschine zur pulverbettbasierten additiven Fertigung mit mindestens zwei Strahlen, welche über einen gemeinsamen Pulverbettbereich zweidimensional ablenkbar sind. Eine solche Planungseinrichtung umfasst oft ein Computerprogramm, das auf einer Maschinensteuerung oder einem separaten Computer betrieben wird. Bei der pulverbettbasierten additiven Fertigung werden solche Planungseinrichtungen oft als Build Prozessor bezeichnet. Bekannt sind aus dem Stand der Technik bspw. die Build Prozessoren der Firma Materialise GmbH von denen es maschinenspezifisch angepasste Versionen bspw. für LMF- und EBM-Maschinen verschiedener Hersteller gibt. Eine solche Planungseinrichtung erstellt aus Informationen zu einem herzustellenden Bauteil insbesondere automatisiert Steuerprogramme der zuvor beschriebenen Art. Der Einsatz solcher Planungseinrichtungen ist insbesondere zur Fertigung komplexer Bauteile relevant, da die händische Programmierung der zu erzeugenden Steuerprogramme auf Grund ihrer Datenmenge im Bereich von Megabyte oder Gigabyte nicht innerhalb einer wirtschaftlich sinnvollen Zeit und Qualität erstellt werden können.
Die Planungseinrichtung umfasst ein Vektormodul zum Erstellen von Vektoren für das Steuerprogramm, das zu mindestens einer zu verfestigenden Insel in jeder Pulverschicht Vektoren berechnet derart, dass bei Ausführung einer Verfestigung entlang der Vektoren mittels Strahlen an der Maschine die Insel ausgebildet wird, wobei die Vektoren bei zumindest einer Auswahl der Inseln eine Konturfahrt ausbilden. Dadurch lassen sich in automatisierter Weise Steuerprogramme mit verschiedenen Scanstrategien erstellen, bspw. mit einer Streifen-Strategie oder einer Schachbrettfeld-Strategie.
Des Weiteren umfasst die Planungseinrichtung ein Zuordnungsmodul, das als Teil des Vektormoduls oder als separates Modul ausgebildet ist, das jedem Vektor des Steuerprogramms einen der mehreren verfügbaren Strahlen der Maschine derart zuordnet, dass das Steuerprogramm angepasst ist, bei Ausführung auf einer Maschinensteuerung der Maschine, insbesondere einer LMF-, SLS- oder EBM-Maschine, das zuvor genannte Verfahren durchzuführen. Neben den Vorteilen des Verfahrens erlaubt dies außerdem eine automatisierte Erstellung eines Steuerprogramms unter Berücksichtigung von Regeln, die nachteilige Interaktionen von Strahlen miteinander vermeiden. Bspw. könnte es nachteilig sein, wenn die Strahlen in unmittelbarer Nachbarschaft die Pulverschicht verfestigen, da dies zu lokalen Überhitzungen führen könnte oder die Emissionen bei der Verfestigung den jeweils anderen Strahl nachteilig beeinflussen.
Außerdem umfasst die Planungseinrichtung eine Steuerungsschnittstelle zur Steuerung der Maschine entsprechend des Steuerprogramms oder zum Export des Steuerprogramms zur Übertragung an eine Maschinensteuerung. Wenn die Planungseinrichtung eingerichtet ist zur Steuerung der Maschine, ist diese üblicherweise Teil der Maschinensteuerung, so dass das große Steuerprogramm bspw. nicht durch das Netzwerk des Maschinenbetreibers übertragen werden muss. Eine Planungseinrichtung, die das Steuerprogramm zur Übertragung exportiert, hat hingegen den Vorteil, dass das Steuerprogramm an beliebige, optional auch mehrere geeignete Maschinen übertragen werden kann. Die Planungseinrichtung kann bspw. einen von der Maschine unabhängigen Computer umfassen oder auf diesem ausgeführt werden.
In einer Variante der Planungseinrichtung umfasst diese eine Eingangsschnittstelle zum Import von Pulverschichtdaten eines schichtweise additiv zu fertigenden Bauteils und/oder ein Slicing-Modul zum Erstellen der Pulverschichtdaten des Bauteils aus einem Bauplan des Bauteils, wobei die Pulverschichtdaten Informationen zu den zu verfestigenden Inseln mehrerer, insbesondere aller Pulverschichten umfassen. Dies hat den Vorteil, dass der Bauplan des zu fertigenden Bauteils, d.h. die mit einem Konstruktionsmodul erstellte Konstruktion, auf einem weiteren, unabhängigen Computer oder mit einem weiteren, unabhängigen Computerprogramm erstellt werden kann. Ein Konstruktionsmodul wird im Stand der Technik üblicherweise als Programm für das Computer Aided Design (CAD) oder auch rechnerunterstütztes Konstruieren bezeichnet. Vorteilhaft können in dieser Variante Konstruktionsmodule beliebiger Hersteller verwendet werden. Bekannt ist beispielweise das Konstruktionsmodul Magics der Firma Materialise GmbH. Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn an der Maschine keine Konstruktion erstellt werden muss, da die Bedienmöglichkeiten im Vergleich zu einem Büroarbeitsplatz eingeschränkt sein können, zum Beispiel durch einen kleineren Bildschirm oder durch weniger ergonomische Bediengeräte.
In einer Variante umfasst die Planungseinrichtung eine Maschinensteuerung und/oder zumindest einen weiteren Computer. Dadurch können manche Funktionen, an einem ergonomischen Büroarbeitsplatz, beispielsweise an einem Laptop oder einer Workstation durchgeführt werden, andere wiederum an der Maschine, so dass das langwierige Übertragen großer Datenmengen, wie zum Beispiel von Steuerprogrammen zwischen Büroarbeitsplatz und Maschine, vermieden werden kann.
In einer weiteren Variante der Planungseinrichtung ist jedes der Module auf einem oder mehreren der Computer implementiert. Dadurch können die o.g. Vorteile des ergonomischen Büroarbeitsplatzes und das Vermeiden langwieriger Datenübertragungen flexibel genutzt werden.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung.
Es zeigen:

1 schematisch eine PBF-Maschine zur pulverbettbasierten additiven Fertigung von Bauteilen,
2 schematisch eine Planungseinrichtung zur Erstellung eines Steuerprogramms zur Steuerung einer PBF-Maschine, und
3 schematisch eine Planungseinrichtung verteilt auf zwei Computer.

1 zeigt eine PBF-Maschine 1 mit einer Prozesskammer 3 und einer Maschinensteuerung 5. Die Maschinensteuerung 5 weist dabei einen Datenträger 7 zur Speicherung von Steuerprogrammen auf. Die PBF-Maschine 1 weist außerdem zwei Scanner 9a, 9b auf, die jeweils einen Strahl 11a, 11b ablenken. Der Scanner 9a, 9b kann beispielweise für einen Laserstrahl einen in zwei Richtungen drehbaren Scannerspiegel oder zwei in eine Richtung drehbare Scannerspiegel umfassen. Der Scanner 9a, 9b kann beispielsweise einen Galvanometer-Scanner umfassen. Alternativ kann der Scanner 9a, 9b für einen Elektronenstrahl mehrere Elektrodenpaare umfassen, zwischen denen ein elektrisches Feld angelegt werden kann, um den Elektronenstrahl abzulenken.
Die PBF-Maschine 1 umfasst außerdem eine Substratplatte 13, die unterhalb der Scanner 9a, 9b angeordnet ist und auf der ein Pulverbett 15 schichtweise aufgetragen wird. Dazu wird die Substratplatte 13 um eine gewünschte Distanz in -Z-Richtung, d.h. in Richtung zunehmender Entfernung zu den Scannern 9a, 9b, verstellt und anschließend mit einem Pulverschieber 17 eine neue Pulverschicht aufgetragen. Als Pulverschieber 17 kommen beispielweise Wischer, Klingen oder Zylinder in Betracht. Die Scanner 9a, 9b sind in diesem Fall geeignet ihren jeweiligen Strahl 11a, 11b über das komplette Pulverbett 15 abzulenken. Somit stellt in diesem Ausführungsbeispiel die gesamte Pulverbettoberfläche einen gemeinsamen Pulverbettbereich 18 dar, in dem die Strahlen 11a, 11b das Pulver verfestigen können. Nach dem Verfestigen der jeweils obersten Pulverschicht kann die Substratplatte 13 erneut in -Z-Richtung verstellt und eine neue Pulverschicht aufgetragen werden, um so Bauteile 19 schichtweise zu fertigen.
Die Prozesskammer 3 ist gasdicht ausgebildet und umfasst einen Gaseinlass 21 und einen Gasauslass 23. Mit dem Gaseinlass 21 kann die Prozesskammer 3 mit einem inerten Gas wie bspw. Stickstoff oder Argon gefüllt werden, um eine Oxidation des Pulvers zu verhindern. Zusammen mit dem Gasauslass 23 kann außerdem ein stetiger Schutzgasstrom über dem Pulverbett 15 ausgebildet werden, um im Falle einer Verfestigung mit Laserstrahlen Kondensate, Pulverpartikel und sonstige durch den Prozess in die Atmosphäre geschleuderte Partikel abzutransportieren, um mögliche Beeinträchtigungen des Laserstrahls zu verringern. Der Gasauslass 23 kann außerdem verwendet werden, um die Prozesskammer 3 zu evakuieren, so dass als Strahlen 11a, 11b Elektronenstrahlen verwendet werden können. Dazu muss die Prozesskammer 3 vakuumfest ausgebildet sein.
Die Maschinensteuerung 5 weist außerdem eine Datenschnittstelle 25 auf, über die bspw. Steuerprogramme importiert werden können. Die Maschinensteuerung 5 kann bei Ausführung eines Steuerprogramms über eine Steuerungsschnittstelle 41 sämtliche für die schichtweise additive Fertigung notwendigen Schritte an der Maschine ausführen, wie bspw. die Strahlen 11a, 11b zu aktivieren oder deaktivieren, mit dem Scanner 9a, 9b abzulenken, die Substratplatte 13 entlang der Z-Achse zu verstellen oder einen Pulverauftrag zu initiieren.
2 zeigt schematisch eine Planungseinrichtung 31 zur Erstellung eines Steuerprogramms zur Steuerung einer PBF-Maschine 1 zur pulverbettbasierten additiven Fertigung mit mindestens zwei Strahlen 11a, 11b, welche über einen gemeinsamen Pulverbettbereich 18 zweidimensional ablenkbar sind. Die Planungseinrichtung 31 umfasst eine Eingangsschnittstelle 33, ein Slicing-Modul 35, ein Vektormodul 37, ein Zuordnungsmodul 39 und eine Steuerungsschnittstelle 41'.
Die Eingangsschnittstelle 33 dient zum Importieren von Pulverschichtdaten eines schichtweise additiv zu fertigenden Bauteils 19 aus einem Bauplan des Bauteils 19.
Das Slicing-Modul 35 erstellt hierbei die Pulverschichtdaten des Bauteils 19 aus einem Bauplan des Bauteils 19, wobei die Pulverschichtdaten Informationen zu den zu verfestigenden Inseln mehrerer, insbesondere aller Pulverschichten umfassen.
Das Vektormodul 37 erstellt Vektoren für das Steuerprogramm. Hierbei berechnet des Vektormodul 37 zu mindestens einer zu verfestigenden Insel in jeder Pulverschicht Vektoren derart, dass bei Ausführung einer Verfestigung entlang der Vektoren mittels Strahlen 11a, 11b an der Maschine 1 die Insel ausgebildet wird, wobei die Vektoren bei zumindest einer Auswahl der Inseln eine Konturfahrt ausbilden.
Das Zuordnungsmodul 39 ist als Teil des Vektormoduls 37 oder als separates Modul ausgebildet. Hierbei ordnet das Zuordnungsmodul 39 jedem Vektor des Steuerprogramms einen der mehreren verfügbaren Strahlen 11a, 11b der Maschine 1 derart zu, dass das Steuerprogramm angepasst ist, bei Ausführung auf einer Maschinensteuerung der Maschine 1, insbesondere einer LMF-, SLS- oder EBM-Maschine, das Verfahren zum schichtweisen additiven Fertigen mindestens eines Bauteils 19 in einem Pulverbett 15 mittels mindestens zwei Strahlen 11a, 11b, welche über einem gemeinsamen Pulverbettbereich 18 zweidimensional ablenkbar sind durchzuführen.
Die Steuerungsschnittstelle 41' steuert die Maschine 1 entsprechend des Steuerprogramms oder exportiert das Steuerprogramm, um dieses an eine Maschinensteuerung zu übertragen.
3 zeigt schematisch eine Möglichkeit der Übertragung der Daten der Planungseinrichtung 31 auf die Maschinensteuerung 5, welche optional über einen internen Datenträger 7 verfügt. Die Daten der Planungseinrichtung 31 werden über eine Datenschnittstelle 25 der Maschinensteuerung 5 übertragen. Dies Übertragung kann bspw. mittels eines Datenträgers, wie einem USB-Stick, oder einem Netzwerk 43 (Intranet, Internet) durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: PBF-Maschine
3: Prozesskammer
5: Maschinensteuerung
7: Datenträger
9a, 9b: Scanner
11a, 11b: Strahl
13: Substratplatte
15: Pulverbett
17: Pulverschieber (Wischer, Klinge, Zylinder)
18: gemeinsamer Pulverbettbereich
19: Bauteil
21: Gaseinlass
23: Gasauslass
25: Datenschnittstelle
31: Planungseinrichtung
33: Eingangsschnittstelle
35: Slicing-Modul
37: Vektormodul
39: Zuordnungsmodul
41, 41': Steuerungsschnittstelle
43: Netzwerk (Intranet, Internet)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/086991 A1 [0003, 0005, 0006]
DE 1020050270311 B3 [0010]
EP 2956262 A2 [0010]
CN 105750543 A [0010]

Claims

Verfahren, insbesondere LMF-, SLS- oder EBM-Verfahren, zum schichtweisen additiven Fertigen mindestens eines Bauteils (19) in einem Pulverbett (15) mittels mindestens zwei Strahlen (11a, 11b), welche über einem gemeinsamen Pulverbettbereich (18) zweidimensional ablenkbar sind, wobei mit mindestens einem der Strahlen (11a, 11b) zumindest eine erste Insel des mindestens einen Bauteils (19) im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) einer ersten Pulverschicht verfestigt wird, eine zweite Pulverschicht auf der zumindest teilweise verfestigten ersten Pulverschicht aufgetragen wird, und mit mindestens einem der Strahlen (11a, 11b) zumindest eine zweite Insel des mindestens einen Bauteils (19) im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) der zweiten Pulverschicht verfestigt wird, wodurch zumindest eine der zweiten Inseln zumindest abschnittsweise mit zumindest einer der ersten Inseln verbunden wird, wobei die Verfestigung der ersten und der zweiten Inseln umfasst, dass zumindest eine der ersten Inseln und eine der zweiten Inseln zumindest abschnittsweise entlang einer Konturfahrt verfestigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zweiten Inseln im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) mit genau einer der ersten Inseln im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) verbunden wird, und dass die miteinander verbundene eine zweite Insel und eine erste Insel von ausschließlich einem der Strahlen (11a, 11b) verfestigt wird, insbesondere wenn die erste Insel und/oder die zweite Insel filigran ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Konturfahrten der miteinander verbundenen einen zweiten Insel und einen ersten Insel zumindest ein rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zum Pulverbett (15) ausgerichteter Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils (19) und/oder ein nicht parallel oder nicht nahezu parallel zum Pulverbett (15) ausgerichteter Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils (19) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturfahrten der miteinander verbundenen einen zweiten Insel und einen ersten Insel ebenfalls von dem ausschließlich einen Strahl (11a, 11b) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere der zweiten Inseln im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) mit genau einer weiteren der ersten Inseln im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) zumindest abschnittsweise verbunden wird, dass durch die Konturfahrten der miteinander verbundenen weiteren einen ersten Insel und weiteren einen zweiten Insel zumindest ein rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zum Pulverbett (15) ausgerichteter weiterer Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils (19) und/oder ein nicht parallel oder nicht nahezu parallel zum Pulverbett (15) ausgerichteter weiterer Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils (19) ausgebildet wird, und dass die miteinander verbundene weitere eine erste Insel und weitere eine zweite Insel von ausschließlich einem der Strahlen (11a, 11b) verfestigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einer zusätzlichen von der ersten und zweiten verschiedenen Pulverschicht eine zusätzliche Insel des Bauteils (19) oder eines weiteren Bauteils (19) im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) mit genau einer zuvor verfestigten Insel im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) zumindest abschnittsweise verbunden wird, dass durch die Konturfahrten der zusätzlichen Insel und der einen, damit verbundenen Insel zumindest ein rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zum Pulverbett (15) ausgerichteter Oberflächenabschnitt des Bauteils (19) und/oder ein nicht parallel oder nicht nahezu parallel zum Pulverbett (15) ausgerichteten zusätzlichen Oberflächenabschnitt des Bauteils (19) ausgebildet wird, und dass die zusätzliche Insel und die eine, damit verbundene Insel von ausschließlich einem der Strahlen (11a, 11b) verfestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Oberflächenabschnitt, den mindestens einen weiteren Oberflächenabschnitt und/oder den mindestens einen zusätzlichen Oberflächenabschnitt ein gemeinsamer Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils (19) ausgebildet wird, der rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zum Pulverbett (15) und/oder nicht parallel oder nicht nahezu parallel zum Pulverbett (15) ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Pulverschicht eine weitere Insel im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) mit mehreren Inseln im gemeinsamen Pulverbettbereich (18) einer vorherigen oder darauffolgenden Pulverschicht zumindest abschnittsweise verbunden wird, dass die weitere Insel und zumindest eine der mehreren damit verbundenen Inseln Konturfahrten aufweisen, die zumindest einen rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zum Pulverbett (15) ausgerichteten Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils (19) und/oder einen nicht parallel oder nicht nahezu parallel zum Pulverbett (15) ausgerichteten Oberflächenabschnitt des mindestens einen Bauteils (19) ausbilden, und dass die weitere Insel und zumindest die eine der mehreren damit verbundenen Inseln, bevorzugt alle der mehreren Inseln, von ausschließlich einem der Strahlen (11a, 11b) verfestigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die projizierten Brennflecken der Strahlen (11a, 11b) gleich groß sind und/oder Schmelzbäder mit der gleichen Breite erzeugen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verfestigung Bearbeitungsparameter der Strahlen (11a, 11b), insbesondere Scangeschwindigkeit, Strahlenergie und/oder Strahldurchmesser, angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für alle Strahlen (11a, 11b) die Bearbeitungsparameter in gleicher Weise angepasst werden.
Steuerprogramm, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 angepasst sind, wenn das Steuerprogramm auf einer Maschinensteuerung (5) einer additiven Fertigungsvorrichtung, insbesondere einer LMF-, SLS- oder EBM-Maschine, ausgeführt wird.
Planungseinrichtung (31) zur Erstellung eines Steuerprogramms zur Steuerung einer Maschine (1) zur pulverbettbasierten additiven Fertigung mit mindestens zwei Strahlen (11a, 11b), welche über einen gemeinsamen Pulverbettbereich (18) zweidimensional ablenkbar sind, die Planungseinrichtung (31) umfassend: ein Vektormodul (37) zum Erstellen von Vektoren für das Steuerprogramm, das zu mindestens einer zu verfestigenden Insel in jeder Pulverschicht Vektoren berechnet derart, dass bei Ausführung einer Verfestigung entlang der Vektoren mittels Strahlen (11a, 11b) an der Maschine (1) die Insel ausgebildet wird, wobei die Vektoren bei zumindest einer Auswahl der Inseln eine Konturfahrt ausbilden, ein Zuordnungsmodul (39), das als Teil des Vektormoduls (37) oder als separates Modul ausgebildet ist, das jedem Vektor des Steuerprogramms einen der mehreren verfügbaren Strahlen (11a, 11b) der Maschine (1) derart zuordnet, dass das Steuerprogramm angepasst ist, bei Ausführung auf einer Maschinensteuerung (5) der Maschine (1), insbesondere einer LMF-, SLS- oder EBM-Maschine, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, eine Steuerungsschnittstelle (41, 41') zur Steuerung der Maschine (1) entsprechend des Steuerprogramms oder zum Export des Steuerprogramms zur Übertragung an eine Maschinensteuerung (5).
Planungseinrichtung (31) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Planungseinrichtung (31) umfasst: eine Eingangsschnittstelle (33) zum Import von Pulverschichtdaten eines schichtweise additiv zu fertigenden Bauteils (19) und/oder ein Slicing-Modul (35) zum Erstellen der Pulverschichtdaten des Bauteils (19) aus einem Bauplan des Bauteils (19), wobei die Pulverschichtdaten Informationen zu den zu verfestigenden Inseln mehrerer, insbesondere aller Pulverschichten umfassen.
Planungseinrichtung (31) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Planungseinrichtung (31) eine Maschinensteuerung (5) und/oder zumindest einen weiteren Computer umfasst.
Planungseinrichtung (31) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Module (35, 37, 39) auf einem oder mehreren der Computer implementiert ist.