DE102022126951A1 - Method and device for controlling heat input into a component - Google Patents

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Jan Pascal Bogner
Christoph Heinze
Jeroen RISSE
Philipp Wagenblast
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Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil durch einen Laserstrahl, mit den Schritten: Periodisches Scannen einer Oberfläche des Bauteils mit dem Laserstrahl; Erfassen, während des periodischen Scannens, von Photoemissionen welche von einem mit dem Laserstrahl bestrahlten vorbestimmten Teilbereich der Oberfläche emittiert werden; Bestimmen eines periodischen Temperaturverlaufs einer Oberflächentemperatur und einer mittleren Oberflächentemperatur basierend auf den erfassten Photoemissionen; Berechnen einer Abweichung der mittleren Oberflächentemperatur von einer Obergrenze eines vorbestimmten Zieltemperaturbereichs und von einer Untergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs; und Anpassen eines durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrags in das Bauteil basierend auf den berechneten Abweichungen. Die Erfindung betrifft ferner ein alternatives Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil mit einem Laserstrahl.The invention relates to a method for controlling heat input into a component by a laser beam, comprising the steps of: periodically scanning a surface of the component with the laser beam; detecting, during the periodic scanning, photoemissions which are emitted by a predetermined partial area of the surface irradiated with the laser beam; determining a periodic temperature profile of a surface temperature and an average surface temperature based on the detected photoemissions; calculating a deviation of the average surface temperature from an upper limit of a predetermined target temperature range and from a lower limit of the predetermined target temperature range; and adjusting an energy input into the component controlled by a laser control based on the calculated deviations. The invention further relates to an alternative method and a corresponding device for controlling heat input into a component with a laser beam.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil, sowie ein alternatives Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil.The present invention relates to a method and a corresponding device for controlling a heat input into a component, as well as an alternative method and a corresponding device for controlling a heat input into a component.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Bei der additiven Fertigung von Bauteilen kann nach dem Aufschmelzen und vor oder nach dem Verfestigen des Materials zur Bildung einer additiven Schicht in regelmäßigen Abständen, oder erst nach der Fertigung, eine in-situ Wärmebehandlung erfolgen. Dabei kann der gleiche Laser verwendet werden, um beispielsweise Eigenspannungen in den gefertigten Schichten durch einen gezielten Wärmeeintrag zu reduzieren. Allerdings ist es schwierig, eine gleichmäßige Temperaturverteilung in den Schichten zu erhalten, da unregelmäßig aufgetragenes Material, unterschiedliche Wärmeableitungen usw. lokale Temperaturunterschiede verursachen. So können mit der Messung der Temperatur der Oberfläche Rückschlüsse über die Unterschiede erhalten werden, um dann die Parameter, wie die Ausgangsleistung des Lasers anzupassen, um beispielsweise ein erneutes Aufschmelzen des Materials zu verhindern.In the additive manufacturing of components, in-situ heat treatment can be carried out at regular intervals after melting and before or after solidification of the material to form an additive layer, or only after production. The same laser can be used, for example, to reduce residual stresses in the manufactured layers by applying targeted heat. However, it is difficult to achieve a uniform temperature distribution in the layers, as irregularly applied material, different heat dissipation, etc. cause local temperature differences. By measuring the temperature of the surface, conclusions can be drawn about the differences in order to then adjust the parameters, such as the output power of the laser, for example to prevent the material from melting again.

DE 11 2020 000895 T5 beschreibt dazu ein Verfahren zur Messung und Steuerung einer Temperatur eines Transfusionswalzenspalts, in dem die ausgesendete Menge von Strahlung einer Strahlungswärmequelle entsprechend von einem Pyrometer gemessener Strahlung modifiziert wird. EN 11 2020 000895 T5 describes a method for measuring and controlling a temperature of a transfusion roller gap in which the emitted amount of radiation from a radiant heat source is modified according to radiation measured by a pyrometer.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur dynamischen Anpassung des Wärmeeintrags bei einem scannenden Bearbeitungsverfahren anzugeben.Against this background, the present invention is based on the object of specifying an improved method for dynamically adjusting the heat input in a scanning machining process.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und/oder durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of patent claim 1, by a method having the features of patent claim 6, by a device having the features of patent claim 10 and/or by a device having the features of patent claim 13.

Demgemäß ist vorgesehen:

  • - Ein Verfahren zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil durch einen Laserstrahl, mit den Schritten: Periodisches Scannen einer Oberfläche des Bauteils mit dem Laserstrahl; Erfassen, während des periodischen Scannens, von Photoemissionen, welche von einem mit dem Laserstrahl bestrahlten vorbestimmten Teilbereich der Oberfläche emittiert werden; Bestimmen eines periodischen Temperaturverlaufs einer Oberflächentemperatur und einer mittleren Oberflächentemperatur basierend auf den erfassten Photoemissionen; Berechnen einer Abweichung der mittleren Oberflächentemperatur von einer Obergrenze eines vorbestimmten Zieltemperaturbereichs und einer Untergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs; und Anpassen eines durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrags in das Bauteil basierend auf den berechneten Abweichungen.
  • - Ein Verfahren zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil durch einen Laserstrahl, mit den Schritten: Scannen einer Oberfläche des Bauteils mit dem Laserstrahl entlang einer Scanstrecke; Erfassen von Photoemissionen, welche beim Scannen entlang der Scanstrecke von der Oberfläche emittiert werden; Bestimmen eines Verlaufs einer Oberflächentemperatur entlang der Scanstrecke basierend auf den erfassten Photoemissionen; Berechnen einer Abweichung der Oberflächentemperatur von einer vorbestimmten Zieltemperatur entlang der Scanstrecke; und Erneutes Scannen der Oberfläche und gleichzeitiges dynamisches Anpassen eines durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrags in das Bauteil entlang der Scanstrecke basierend auf der bestimmten Abweichung der Oberflächentemperatur von der Zieltemperatur.
  • - Eine Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil durch einen Laserstrahl, mit einem Laser, welcher derart ausgebildet ist, bei einer Bestrahlung mit dem von dem Laser emittierten Laserstrahl auf eine Oberfläche des Bauteils einen Wärmeeintrag zu erzeugen; mit einer Strahlsteuerungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein periodisches Scannen des Laserstrahls auf der Oberfläche auszuführen; mit einem Sensor, welcher dazu ausgebildet ist, Photoemissionen, welche bei dem Scannen von der mit dem Laserstrahl bestrahlen Oberfläche emittiert werden, zu detektieren; und mit einer Steuerungseinrichtung, welche mit dem Laser und dem Sensor verbunden ist, und dazu ausgelegt ist: einen periodischen Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur und eine mittlere Oberflächentemperatur des Teilbereichs basierend auf den erfassten Photoemissionen des Teilbereichs zu bestimmen, eine Abweichung der mittleren Oberflächentemperatur von einer Obergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs und einer Untergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs zu berechnen, und einen durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrag in das Bauteil basierend auf der bestimmten Abweichung des Maximums und Minimums von der Obergrenze und Untergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs anzupassen.
  • - Eine Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil durch einen Laserstrahl, mit einem Laser, welcher derart ausgebildet ist, bei einer Bestrahlung mit dem von dem Laser emittierten Laserstrahl auf eine Oberfläche des Bauteils einen Wärmeeintrag zu erzeugen; und mit einer Strahlsteuerungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein Scannen des Laserstrahls auf der Oberfläche auszuführen; mit einem dem Scannen mitgeführten Sensor, welcher dazu ausgebildet ist, Photoemissionen, welche von der mit dem Laserstrahl bestrahlten Oberfläche emittiert werden, zu detektieren; mit einer Steuerungseinrichtung, welche mit dem Laser und dem Sensor verbunden ist, und dazu ausgelegt ist: eine Oberflächentemperatur basierend auf den erfassten Photoemissionen zu bestimmen, eine Abweichung der Oberflächentemperatur von einer vorbestimmten Zieltemperatur zu berechnen, und einen durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrag in das Bauteil basierend auf der berechneten Abweichung der Oberflächentemperatur von der Zieltemperatur anzupassen.
Accordingly, it is envisaged:
  • - A method for controlling a heat input into a component by a laser beam, comprising the steps of: Periodically scanning a surface of the component with the laser beam; detecting, during the periodic scanning, photoemissions emitted by a predetermined partial area of the surface irradiated with the laser beam; Determining a periodic temperature profile of a surface temperature and an average surface temperature based on the detected photoemissions; Calculating a deviation of the average surface temperature from an upper limit of a predetermined target temperature range and a lower limit of the predetermined target temperature range; and adjusting an energy input into the component controlled by a laser control based on the calculated deviations.
  • - A method for controlling a heat input into a component by a laser beam, comprising the steps of: scanning a surface of the component with the laser beam along a scanning path; detecting photoemissions emitted by the surface during scanning along the scanning path; determining a course of a surface temperature along the scanning path based on the detected photoemissions; calculating a deviation of the surface temperature from a predetermined target temperature along the scanning path; and re-scanning the surface and simultaneously dynamically adjusting an energy input into the component controlled by a laser control along the scanning path based on the determined deviation of the surface temperature from the target temperature.
  • - A device for controlling a heat input into a component by a laser beam, with a laser which is designed to generate a heat input when irradiated with the laser beam emitted by the laser on a surface of the component; with a beam control device which is designed to carry out a periodic scanning of the laser beam on the surface; with a sensor which is designed to detect photo emissions which are emitted during the scanning from the surface irradiated with the laser beam; and with a control device which is connected to the laser and the sensor and is designed to: determine a periodic temperature profile of the surface temperature and an average surface temperature of the partial area based on the detected photo emissions of the partial area, a deviation of the average surface temperature from an upper limit of the predetermined target temperature range and a lower limit of the predetermined target temperature range, and to adjust an energy input into the component controlled by a laser control based on the determined deviation of the maximum and minimum from the upper limit and lower limit of the predetermined target temperature range.
  • - A device for controlling a heat input into a component by a laser beam, with a laser which is designed to generate a heat input when irradiated with the laser beam emitted by the laser onto a surface of the component; and with a beam control device which is designed to scan the laser beam on the surface; with a sensor which is carried along with the scanning and is designed to detect photoemissions which are emitted by the surface irradiated with the laser beam; with a control device which is connected to the laser and the sensor and is designed to: determine a surface temperature based on the detected photoemissions, calculate a deviation of the surface temperature from a predetermined target temperature, and adjust an energy input into the component which is controlled by a laser control based on the calculated deviation of the surface temperature from the target temperature.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis besteht darin, dass das Aufschmelzen des Materials positionsabhängig sein kann, da das hier additiv gefertigte Bauteil abhängig von der Position unterschiedliche Wärmeableitungsvermögen aufweisen kann. Dies kann beispielsweise aufgrund einer unterschiedlichen Dicke oder Bauhöhe unterhalb der bestrahlten Oberfläche der Fall sein.The finding underlying the present invention is that the melting of the material can be position-dependent, since the component manufactured additively here can have different heat dissipation capabilities depending on the position. This can be the case, for example, due to a different thickness or height below the irradiated surface.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, die Oberflächentemperatur der bestrahlten Oberfläche des Bauteils während dem Scannen zu messen, um Informationen über die in dem Bauteil aktuell herrschende Temperatur zu gewinnen. Basierend auf den dadurch gewonnenen Informationen kann eine Lasersteuerung, welche sämtliche Parameter, die für das Scannen mit dem Laserstrahl Einfluss auf den Energieeintrag in das Bauteil haben, angepasst werden.The idea underlying the present invention is to measure the surface temperature of the irradiated surface of the component during scanning in order to obtain information about the current temperature in the component. Based on the information obtained in this way, a laser control system can be adjusted, which controls all parameters that influence the energy input into the component when scanning with the laser beam.

Dies kann mit zwei sich ergänzenden und alternativen Verfahren und entsprechenden Vorrichtungen erreicht werden. Das erste Verfahren sieht eine stationäre Messung der Oberflächentemperatur der bestrahlten Oberfläche des Bauteils während dem Scannen vor. Dieser Teilbereich der stationären Messung kann überall auf der Oberfläche gewählt werden, ist bevorzugt jedoch ein mittiger Bereich. Der daraus gewonnene Temperaturverlauf verläuft ebenso periodisch wie das Scannen selbst und sollte innerhalb eines bestimmten Zieltemperaturbereichs verlaufen, der für eine Wärmebehandlung eines Materials vorteilhaft ist. Durch Vergleiche der mittleren Temperatur, alternativ durch die Maxima und Minima, des oszillierenden Temperaturverlaufs können Aussagen über die Anpassung der Scanparameter, insbesondere der Laserstrahlleistung oder Ausgangsleistung des Lasers gewonnen und entsprechend angepasst werden.This can be achieved using two complementary and alternative methods and corresponding devices. The first method involves a stationary measurement of the surface temperature of the irradiated surface of the component during scanning. This part of the stationary measurement can be selected anywhere on the surface, but is preferably a central area. The temperature profile obtained from this is just as periodic as the scanning itself and should be within a certain target temperature range that is advantageous for heat treatment of a material. By comparing the average temperature, or alternatively the maxima and minima, of the oscillating temperature profile, statements can be made about the adjustment of the scanning parameters, in particular the laser beam power or output power of the laser, and adjusted accordingly.

Das zweite Verfahren sieht einen mitgeführten Sensor vor, der die Oberflächentemperatur über detektierte Photoemissionen an oder zumindest in der Nähe der Stelle bestimmt, an dem der Laserstrahl gerade operiert. Daraus folgt ein Temperaturverlauf, der bei geeigneter Ausgangsleistung und übrigen Parametern wie Strahldurchmesser usw. um eine Zieltemperatur schwankt. Diese Schwankungen kommen durch Unregelmäßigkeit der Oberflächentemperatur von Bereichen der Oberfläche zustande, welche beispielsweise ein unterschiedliches lokales Wärmeableitungsvermögen aufweisen.The second method involves a sensor that is carried along and determines the surface temperature via detected photoemissions at or at least near the point where the laser beam is currently operating. This results in a temperature profile that fluctuates around a target temperature with a suitable output power and other parameters such as beam diameter, etc. These fluctuations are caused by irregularities in the surface temperature of areas of the surface that, for example, have different local heat dissipation capacities.

Der Laser kann je nach Material unterschiedlich gewählt werden. So sind Laser mit emittierter Wellenlänge vom UV-Bereich bis zum fernen Infrarot möglich. Bevorzugt werden Laser im nahen Infrarot, beispielsweise mit einer Wellenlänge von ca. 1030 nm mit Yb-dotierten aktiven Materialen, zum Beispiel Faserlaser, verwendet, da diese zuverlässige und kostengünstig hohe Leistung bei guter Strahlqualität liefern. Für beide Alternativen des Verfahrens und Vorrichtungen können auch für Mehr-Laser Systeme ausgestaltet werden, in denen mitgeführte oder auch stationäre Sensoren in einem gemeinsamen oder einzelnen Strahlengang verbaut sind.The laser can be selected differently depending on the material. Lasers with emitted wavelengths from the UV range to the far infrared are possible. Lasers in the near infrared, for example with a wavelength of around 1030 nm with Yb-doped active materials, such as fiber lasers, are preferred, as these deliver high performance with good beam quality in a reliable and cost-effective manner. For both alternative methods and devices, multi-laser systems can also be designed in which carried or stationary sensors are installed in a common or individual beam path.

Eine Strahlsteuerungseinrichtung steuert die Richtung des Laserstrahls auf der Oberfläche. Dies ist gewöhnlicherweise ein Scanner mit drehbaren Scanspiegeln, kann aber auch beispielsweise sich bewegende oder rotierende transmissive Optiken aufweisen. Die Strahlsteuerungseinrichtung enthält außerdem noch eine Fokussieroptik zur Steuerung des Strahldurchmessers.A beam steering device controls the direction of the laser beam on the surface. This is usually a scanner with rotating scanning mirrors, but can also have moving or rotating transmissive optics, for example. The beam steering device also contains focusing optics to control the beam diameter.

Das Anpassen der Lasersteuerung umfasst alle Parameter, die Einfluss auf den Energieeintrag in das Bauteil und damit auf die Wärmeentwicklung und Temperatur des Bauteils haben. Diese können neben der Ausgangsleistung des Lasers die Scangeschwindigkeit, den Strahldurchmesser bzw. die Strahlgröße auf der Oberfläche, eine Wellenlänge, Pulsfrequenz, Duty-Cycle einer Modulation des Laserstrahls, eine Einstellung eines Abschwächers, usw. sein. All diese Parameter können von der Steuerungseinrichtung angesteuert und entsprechend angepasst werden.Adjusting the laser control includes all parameters that influence the energy input into the component and thus the heat development and temperature of the component. In addition to the output power of the laser, these can be the scanning speed, the beam diameter or the beam size on the surface, a wavelength, pulse frequency, duty cycle of a modulation of the laser beam, an attenuator setting, etc. All of these parameters can be controlled by the Control device can be controlled and adjusted accordingly.

Das Bauteil kann jede Art von Bauteil sein, welcher eine Wärmebehandlung unterzogen werden kann. Dies kann Aluminium oder Stahllegierung umfassen, die jeweils bis zu 660°C oder 1400°C und mehr erhitzt werden, um Eigenspannungen abzubauen. Auch Nickel-basierte Legierung sind möglich.The component can be any type of component that can be subjected to heat treatment. This can include aluminum or steel alloy, each heated to 660°C or 1400°C and more to relieve residual stresses. Nickel-based alloys are also possible.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.Advantageous embodiments and further developments emerge from the further subclaims and from the description with reference to the figures of the drawing.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Erfassen von Photoemissionen durch ein Pyrometer, welches in dem Spektralbereich der Photoemissionen empfindlich ist. Die Anordnung ermöglicht somit eine einfache Erfassung von Photoemissionen des gleichen Teilbereichs der Oberfläche während dem periodischen Scanvorgang.According to a further preferred embodiment, the detection of photoemissions is carried out by a pyrometer which is sensitive in the spectral range of the photoemissions. The arrangement thus enables simple detection of photoemissions from the same partial area of the surface during the periodic scanning process.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform oszilliert der bestimmte periodische Temperaturverlauf zwischen Maxima und Minima näherungsweise gemäß einer Sinuskurve. Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn der Teilbereich der Oberfläche, von welchem die Photoemissionen erfasst werden, in regelmäßigen Zeitintervallen gescannt wird.According to a further preferred embodiment, the specific periodic temperature profile oscillates between maxima and minima approximately according to a sine curve. This is generally the case when the partial area of the surface from which the photoemissions are recorded is scanned at regular time intervals.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Obergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs unterhalb der Schmelztemperatur eines für das Bauteil verwendeten Materials. Die ist vorteilhaft bei einer Wärmebehandlung, in-situ und post-processing einer oder mehrerer additiv aufgetragener Schichten, beispielsweise zur Reduzierung von Eigenspannungen.According to a further preferred embodiment, the upper limit of the predetermined target temperature range is below the melting temperature of a material used for the component. This is advantageous in the case of heat treatment, in-situ and post-processing, of one or more additively applied layers, for example to reduce residual stresses.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Erfassen von Photoemissionen durch einen dem Scannen mitgeführten Sensor. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Erfassung der Photoemissionen, woraus eine genauere Bestimmung der lokalen Oberflächentemperatur folgt.According to a preferred embodiment, the detection of photoemissions is carried out by a sensor that is carried along with the scanning. This enables a uniform detection of the photoemissions, which results in a more precise determination of the local surface temperature.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Sensor zumindest eine koaxial angeordnete Photodiode auf. Koaxial bedeutet hier, dass die Photodiode auf der gleichen optischen Achse wie der scannende Laserstrahl die Photoemissionen erfassen kann. Eine dem Emissionsspektrum entsprechend ausgewählte Photodiode besitzt eine gute Empfindlichkeit und besitzt ein gutes zeitliches Auflösungsvermögen. So sind bei der Wärmebehandlung von Aluminium gängige Temperaturen von ca. 660°C oder von Stahl 1400°C bis 1500°C zu messen, welche einen Emissionspeak nach dem Planck'schen Strahlungsgesetz zwischen 1 um und 3 um mit entsprechender Breite haben. Diese Emissionen sind noch mit einer Silizium-Diode oder aber mit einer InGaAs-Diode erfassbar. In einer bevorzugten Ausführungsform werden durch einen weiteren Strahlteiler beide Arten von Photodiode zur Messung der Photoemissionen verwendet.According to a further preferred embodiment, the sensor has at least one coaxially arranged photodiode. Coaxial here means that the photodiode can detect the photoemissions on the same optical axis as the scanning laser beam. A photodiode selected according to the emission spectrum has good sensitivity and has good temporal resolution. For example, when heat treating aluminum, common temperatures of around 660°C or 1400°C to 1500°C for steel can be measured, which have an emission peak according to Planck's radiation law between 1 μm and 3 μm with a corresponding width. These emissions can also be detected with a silicon diode or with an InGaAs diode. In a preferred embodiment, both types of photodiode are used to measure the photoemissions using a further beam splitter.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich ein Kalibrierungsschritt vorgesehen, bei dem der Sensor zur Erfassung der Photoemissionen entlang der Scanstrecke kalibriert wird. Ein solche Kalibrierung erhöht die Genauigkeit der Temperaturmessung und ermöglicht eine genaue Erfassung der absoluten Temperatur.According to a further preferred embodiment, a calibration step is additionally provided in which the sensor is calibrated to detect the photoemissions along the scanning path. Such a calibration increases the accuracy of the temperature measurement and enables precise detection of the absolute temperature.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das periodische Scannen der Oberfläche des Bauteils eine Aufheizphase, in welcher die Oberfläche von einer Raumtemperatur auf den vorbestimmten Zieltemperaturbereich aufgeheizt wird. Ferner erfolgt das Bestimmen der Abweichung mit dem Bestimmen der Abweichungen der Maxima und Minima des periodischen Temperaturverlaufs der Oberflächentemperatur zu einer Obergrenze und Untergrenze eines Zieltemperaturanstiegsbereichs. Der Zieltemperaturanstiegsbereich folgt einem vorbestimmten und typischerweise dem Material angepassten Temperaturanstieg, durch welchen beispielsweise eine Rissbildung des Materials vermieden wird. Außerdem erfolgt das Anpassen des durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrags in das Bauteil basierend der bestimmten Abweichungen, so dass die Oberflächentemperatur innerhalb des Zieltemperaturanstiegsbereichs periodisch oszilliert. Somit kann eine gute Temperaturkontrolle auch während einer Aufheizphase gewährleistet werden. Ferner ist eine Abkühlphase vorgesehen, in welchem das Bauteil von dem Zieltemperaturbereich auf die Umgebungstemperatur abkühlt. In dieser Abkühlphase kann die laserbasierte Wärmebehandlung durch gezielte Einbringung geringer Energiemengen mittels des Scannens der Oberfläche des Bauteils eine Verlangsamung der Abkühlung bzw. einer Abkühlkurve erreicht werden.According to a further preferred embodiment, the periodic scanning of the surface of the component includes a heating phase in which the surface is heated from room temperature to the predetermined target temperature range. Furthermore, the deviation is determined by determining the deviations of the maxima and minima of the periodic temperature profile of the surface temperature to an upper limit and lower limit of a target temperature increase range. The target temperature increase range follows a predetermined temperature increase that is typically adapted to the material, which prevents cracking of the material, for example. In addition, the energy input into the component, which is regulated by a laser control, is adjusted based on the determined deviations, so that the surface temperature oscillates periodically within the target temperature increase range. In this way, good temperature control can be ensured even during a heating phase. Furthermore, a cooling phase is provided in which the component cools from the target temperature range to the ambient temperature. In this cooling phase, laser-based heat treatment can slow down the cooling or achieve a cooling curve by applying small amounts of energy by scanning the surface of the component.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor derart stationär angeordnet, um die von einem mit dem Laser bestrahlten vorbestimmten Teilbereich der Oberfläche emittierten Photoemissionen zu erfassen. Auf diese Weise können periodisch dem Scannen folgend Photoemissionen eines Bereichs erfasst werden.According to a further preferred embodiment, the sensor is arranged in a stationary manner in order to detect the photoemissions emitted by a predetermined partial area of the surface irradiated with the laser. In this way, photoemissions from an area can be detected periodically following the scanning.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor als eine Thermokamera ausgebildet, welche zur Detektion der von dem Teilbereich emittierten Photoemissionen ausgebildet ist. Eine Thermokamera liefert zuverlässige Oberflächentemperaturwerte des Teilbereichs der Oberfläche.According to a further preferred embodiment, the sensor is designed as a thermal camera, which is used to detect the area emitted photoemissions. A thermal camera provides reliable surface temperature values of the partial area of the surface.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Auskopplungseinrichtung vorgesehen, welche derart angeordnet ist, um die Photoemissionen zwischen der Strahlsteuerungseinrichtung und dem Laser zu dem Sensor auszukoppeln. So kann ein Erfassungsbereich des Sensors auf einfache Weise dem Scannen mitgeführt werden.According to a further preferred embodiment, an output device is provided which is arranged in such a way as to output the photo emissions between the beam control device and the laser to the sensor. In this way, a detection range of the sensor can be easily moved along with the scanning.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Sensor zumindest eine koaxial angeordnete Photodiode auf, welche zur Detektion der von der Oberfläche emittierten Photoemissionen ausgebildet ist. Wie oben bereits erwähnt, bedeutet eine koaxiale Anordnung in diesem Zusammenhang, dass die Photodiode auf der gleichen optischen Achse wie der scannende Laserstrahl die Photoemissionen erfassen kann. Eine dem Emissionsspektrum entsprechend ausgewählte Photodiode besitzt eine gute Empfindlichkeit und besitzt ein gutes zeitliches Auflösungsvermögen.According to a further preferred embodiment, the sensor has at least one coaxially arranged photodiode, which is designed to detect the photoemissions emitted by the surface. As already mentioned above, a coaxial arrangement in this context means that the photodiode can detect the photoemissions on the same optical axis as the scanning laser beam. A photodiode selected according to the emission spectrum has good sensitivity and has good temporal resolution.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind sämtliche Merkmale der Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein additiv gefertigtes Bauteil auf die entsprechenden Verfahren zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein additiv gefertigtes Bauteil übertragbar, und umgekehrt. The above embodiments and further developments can be combined with one another as desired, provided that this makes sense. In particular, all features of the device for controlling heat input into an additively manufactured component can be transferred to the corresponding methods for controlling heat input into an additively manufactured component, and vice versa.

Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Alle Ausgestaltungen sollen auch für Mehr-Laser Systeme gelten, in denen mitgeführte Sensoren in einem gemeinsamen oder einzelnen Strahlengang verbaut sind. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.Further possible embodiments, further developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. All embodiments should also apply to multi-laser systems in which sensors are installed in a common or individual beam path. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

INHALTSANGABE DER ZEICHNUNGTABLE OF CONTENTS OF THE DRAWING

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Verfahrens zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Oberfläche des Bauteils mit eingezeichneter Scanstrecke gemäß eines Ausführungsbeispiels;
  • 4 ein Diagramm eines Temperaturverlaufs gemäß eines Ausführungsbeispiels;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil;
  • 6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Verfahrens zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil; und
  • 7 ein Diagramm eines Temperaturverlaufs gemäß eines Ausführungsbeispiels.
The present invention is explained in more detail below with reference to the embodiments shown in the schematic figures of the drawings. They show:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a device for controlling heat input into a component;
  • 2 a schematic representation of an embodiment of a corresponding method for controlling heat input into a component;
  • 3 a schematic representation of a surface of the component with a scan path marked in accordance with an embodiment;
  • 4 a diagram of a temperature curve according to an embodiment;
  • 5 a schematic representation of an embodiment of a device for controlling heat input into a component;
  • 6 a schematic representation of an embodiment of a corresponding method for controlling heat input into a component; and
  • 7 a diagram of a temperature curve according to an embodiment.

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying drawings are intended to provide a further understanding of embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, in conjunction with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the noted advantages will be apparent upon reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale with respect to one another.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing, identical, functionally identical and acting elements, features and components are provided with the same reference symbols, unless otherwise stated.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDESCRIPTION OF EXAMPLES OF IMPLEMENTATION

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil mit einem Laserstrahl. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device for controlling heat input into a component with a laser beam.

Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 weist einen Laser 2 auf. Dieser ist ausgebildet, dass einer Bestrahlung mit dem von dem Laser 2 emittierten Laserstrahl 5 auf eine Oberfläche 6a des Bauteils 6 einen Wärmeeintrag erzeugt wird. Dies wird in der Regel durch die Wellenlänge des Laserstrahls 2 bestimmt, die eine Absorption im Material des Bauteils 6 aufweisen muss. Das in 1 gezeigte Bauteil 6 ist auf einer Basisplatte 9 positioniert und zeigt eine additiv aufgetragene Schicht 6b, welche noch keiner Wärmebehandlung beispielsweise zur Reduktion von Eigenspannungen ausgesetzt wurde. Eine darunterliegende Schicht 6c wurde bereits wärmebehandelt. Die hier gezeigte Vorrichtung wird daher dazu genutzt, die Schicht in-situ nach der Auftragung durch den Laserstrahl 5 mit Wärme zu behandeln. Die Vorrichtung 1 ist daher als ein Teil einer größeren Anlage zum 3D-Drucken anzusehen, welche in der Regel noch eine Pulverkammer und einen Overflow-Behälter aufweisen kann.In the 1 The device 1 shown has a laser 2. This is designed so that an irradiation with the laser beam 5 emitted by the laser 2 onto a surface 6a of the component 6 generates a heat input. This is usually determined by the wavelength of the laser beam 2, which must have an absorption in the material of the component 6. The 1 The component 6 shown is positioned on a base plate 9 and shows an additively applied layer 6b, which has not yet been subjected to any heat treatment, for example to reduce residual stresses. An underlying layer 6c has already been heat-treated. The device shown here is therefore used to treat the layer in-situ with heat after it has been applied by the laser beam 5. The device 1 is therefore to be regarded as part of a larger system for 3D printing, which can usually also have a powder chamber and an overflow container.

Die Vorrichtung 1 weist außerdem noch eine Strahlsteuerungseinrichtung 3 auf, welche ausgebildet ist, um ein periodisches Scannen des Laserstrahls 5 auf der Oberfläche 6a auszuführen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Strahlsteuerungseinrichtung 3 als ein Scanner mit Scanspiegeln 3a ausgebildet. Die Scangeschwindigkeit sollte dabei sehr hoch gewählt werden, damit ein möglichst homogener Wärmeeintrag erreicht wird. Typischerweise sind Scangeschwindigkeiten im Bereich von 10 m/s bis 30 m/s.The device 1 also has a beam control device 3, which is designed to carry out a periodic scanning of the laser beam 5 on the surface 6a. In this embodiment, the beam control device 3 is designed as a scanner with scanning mirrors 3a. The scanning speed should be selected to be very high so that the most homogeneous heat input possible is achieved. Scanning speeds are typically in the range of 10 m/s to 30 m/s.

Die Vorrichtung 1 weist außerdem einen Sensor 4 auf, welcher dazu ausgebildet ist, einen Wellenlängenbereich von Photoemissionen 7, welche bei dem Scannen von der mit dem Laserstrahl 5 bestrahlen Oberfläche 6a emittiert werden, zu detektieren. In dieser ersten Vorrichtung ist der Sensor 4 stationär angeordnet und als Pyrometer ausgebildet, um die von einem mit dem Laser bestrahlten vorbestimmten Teilbereichs 12 der Oberfläche 6a emittierten Photoemissionen 7 zu erfassen. Der Sensor 4 ist hier alternativ als eine Thermokamera ausgebildet, welche zur Detektion der von dem Teilbereich 12 emittierten Photoemissionen 7 ausgebildet ist, indem es bestimmte Wellenlängenbereiche im Nahen und Mittleren Infrarot (beispielsweise 1 um bis 3 um) detektieren kann.The device 1 also has a sensor 4, which is designed to detect a wavelength range of photoemissions 7, which are emitted during scanning from the surface 6a irradiated with the laser beam 5. In this first device, the sensor 4 is arranged stationary and designed as a pyrometer in order to detect the photoemissions 7 emitted by a predetermined partial area 12 of the surface 6a irradiated with the laser. The sensor 4 is alternatively designed as a thermal camera, which is designed to detect the photoemissions 7 emitted by the partial area 12 by being able to detect certain wavelength ranges in the near and mid-infrared (for example 1 μm to 3 μm).

Außerdem enthält die Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung 8, welche mit dem Laser 2 und dem Sensor 4 verbunden bzw. gekoppelt ist. Die Steuerungseinrichtung 8 ist dazu ausgelegt einen periodischen Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur Ts des Teilbereichs 12 basierend auf den erfassten Photoemissionen des Teilbereichs 12 zu bestimmen. Die Steuerungseinrichtung 8 ist außerdem dazu ausgelegt eine Abweichung eines Maximums T1 des bestimmten periodischen Temperaturverlaufs von einer Obergrenze TZ1 des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ und eines Minimums T2 des bestimmten periodischen Temperaturverlaufs von einer Untergrenze TZ2 des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ zu berechnen. Ferner ist die Steuerungseinrichtung 8 dazu ausgelegt, einen durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrag in das Bauteil basierend auf der bestimmten Abweichung des Maximums T1 und Minimums T2 von der Obergrenze TZ1 und Untergrenze TZ2 des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ anzupassen. Die Obergrenze TZ1 des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ ist dabei unterhalb der Schmelztemperatur eines für das Bauteil 6 verwendeten Materials.The device also contains a control device 8 which is connected or coupled to the laser 2 and the sensor 4. The control device 8 is designed to determine a periodic temperature profile of the surface temperature Ts of the partial region 12 based on the detected photoemissions of the partial region 12. The control device 8 is also designed to calculate a deviation of a maximum T 1 of the determined periodic temperature profile from an upper limit T Z1 of the predetermined target temperature range ΔT Z and a minimum T 2 of the determined periodic temperature profile from a lower limit T Z2 of the predetermined target temperature range ΔT Z. Furthermore, the control device 8 is designed to adapt an energy input into the component, regulated by a laser control, based on the determined deviation of the maximum T 1 and minimum T 2 from the upper limit T Z1 and lower limit T Z2 of the predetermined target temperature range ΔT Z. The upper limit T Z1 of the predetermined target temperature range ΔT Z is below the melting temperature of a material used for the component 6.

Das Anpassen der Lasersteuerung umfasst dabei alle Parameter, die Einfluss auf den Energieeintrag in das Bauteil und damit auf die Wärmeentwicklung und Temperatur des Bauteils 6 haben. Diese können neben der Ausgangsleistung des Lasers 2, die Scangeschwindigkeit, den Strahldurchmesser 13 bzw. die Strahlgröße auf der Oberfläche 6a, eine Wellenlänge, Pulsfrequenz, Duty-Cycle einer Modulation des Laserstrahls 5, usw. sein. All diese Parameter können von der Steuerungseinrichtung 8 angesteuert und entsprechend angepasst werden.The adjustment of the laser control includes all parameters that influence the energy input into the component and thus the heat development and temperature of the component 6. In addition to the output power of the laser 2, these can be the scanning speed, the beam diameter 13 or the beam size on the surface 6a, a wavelength, pulse frequency, duty cycle of a modulation of the laser beam 5, etc. All of these parameters can be controlled by the control device 8 and adjusted accordingly.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Verfahrens zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil 6 mit einem Laserstrahl. 2 shows a schematic representation of an embodiment of a corresponding method for controlling heat input into a component 6 with a laser beam.

Das in 2 gezeigt Verfahren enthält zunächst den Schritt eines periodischen Scannens S1 einer Oberfläche 6a des Bauteils 6 mit dem Laserstrahl 5. Während dieses periodischen Scannens werden Photoemissionen 7 erfasst S2. Die Photoemissionen werden von einem mit dem Laserstrahl 5 bestrahlten und vorbestimmten Teilbereich 6aT der Oberfläche 6a emittiert. Dieser Bereich ist im Sichtfeld eines Sensors 4, der diese Photoemissionen detektiert. Es folgt der Schritt des Bestimmens S3 eines periodischen Temperaturverlaufs einer Oberflächentemperatur TS basierend auf den erfassten Photoemissionen 7. Dies wird durch eine Steuerungseinrichtung 8 bestimmt. Es folgt das Berechnen S4 einer Abweichung eines Maximums TS1 des bestimmten periodischen Temperaturverlaufs von einer Obergrenze TZ1 eines vorbestimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ und eines Minimums TS2 des bestimmten periodischen Temperaturverlaufs von einer Untergrenze TZ2 des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ und ein Anpassen S5 einen durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrag in das Bauteil basierend auf den berechneten Abweichungen.This in 2 The method shown initially contains the step of periodically scanning S1 a surface 6a of the component 6 with the laser beam 5. During this periodic scanning, photoemissions 7 are detected S2. The photoemissions are emitted from a predetermined partial area 6a T of the surface 6a irradiated with the laser beam 5. This area is in the field of view of a sensor 4 which detects these photoemissions. This is followed by the step of determining S3 a periodic temperature profile of a surface temperature T S based on the detected photoemissions 7. This is determined by a control device 8. This is followed by calculating S4 a deviation of a maximum T S1 of the determined periodic temperature profile from an upper limit T Z1 of a predetermined target temperature range ΔT Z and a minimum T S2 of the determined periodic temperature profile from a lower limit T Z2 of the predetermined target temperature range ΔT Z and adjusting S5 an energy input into the component controlled by a laser control based on the calculated deviations.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Oberfläche 6a des Bauteils 6 mit eingezeichneter Scanstrecke 10 gemäß eines Ausführungsbeispiels. 3 shows a schematic representation of a surface 6a of the component 6 with a scan path 10 drawn in according to an embodiment.

In 3 ist eine Scanstrecke 10 gezeigt, die der Laserstrahl 5 zu einer Wärmebehandlung der Oberfläche 6a des Bauteils 6 durchläuft. Zu sehen ist auch ein beispielhaft eingezeichneter Strahldurchmesser 13, welche eine Größe von ca. 0,4 mm bis 1 mm oder mehr haben kann. Diese Scanstrecke 10 ist als ein Hatching gebildet, welches parallel und orthogonal zueinander verlaufende Scanvektoren 11 aufweist. Komplexere Formen mit kurvenförmigen Scanvektoren 11 sind ebenso denkbar. Zu erkennen ist der Beobachtungsort bzw. der Teilbereich 12 der Oberfläche, der im Sichtfeld des Sensors 4 ist, und somit einen Teil der von diesem Teilbereich emittierten Photoemissionen 7, die grundsätzlich in alle Richtungen emittiert werden, erfasst.In 3 a scanning path 10 is shown, through which the laser beam 5 passes for a heat treatment of the surface 6a of the component 6. Also visible is an example of a beam diameter 13, which can have a size of approximately 0.4 mm to 1 mm or more. This scanning path 10 is formed as a hatching, which has parallel and orthogonal scanning vectors 11. More complex shapes with curved Scan vectors 11 are also conceivable. The observation location or the partial area 12 of the surface that is in the field of view of the sensor 4 can be recognized, and thus a part of the photo emissions 7 emitted by this partial area, which are basically emitted in all directions, are recorded.

4 zeigt ein Diagramm eines Temperaturverlaufs gemäß eines Ausführungsbeispiels. 4 shows a diagram of a temperature curve according to an embodiment.

Das in 4 gezeigte Diagramm 20 ist gegen eine horizontalen Zeitachse 21 die Oberflächentemperatur TS des Teilbereichs 12 auf einer vertikalen Temperaturachse 22 aufgetragen. Der Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur Ts weist dabei periodisches Verhalten auf, wobei eine zeitliche Periode P der Zeit eines Durchlaufens der Scanstrecke 10 entspricht. Der periodische Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur Ts zwischen Maxima T1 und Minima T2 des periodischen Temperaturverlaufs oszilliert dabei näherungsweise gemäß einer Sinuskurve.This in 4 In the diagram 20 shown, the surface temperature T S of the partial area 12 is plotted against a horizontal time axis 21 on a vertical temperature axis 22. The temperature profile of the surface temperature Ts exhibits periodic behavior, with a time period P corresponding to the time of a run through the scanning path 10. The periodic temperature profile of the surface temperature Ts between maxima T 1 and minima T 2 of the periodic temperature profile oscillates approximately according to a sine curve.

Zunächst wird in einer Aufheizphase 23 das periodische Scannen der Oberfläche 6a des Bauteils 6 durchgeführt, um die Oberfläche 6 von einer Raumtemperatur auf den vorbestimmten Zieltemperaturbereich ΔTZ aufzuheizen. Dabei können die Abweichungen der Maxima T2 und Minima T1 des periodischen Temperaturverlaufs der Oberflächentemperatur TS zu einer Obergrenze TAZ1 und Untergrenze TAZ2 eines Zieltemperaturanstiegsbereichs ΔTZ bestimmt werden. Ferner kann dann die durch die Lasersteuerung geregelten Energieeintrag in das Bauteil basierend der bestimmten Abweichungen angepasst werden, so dass die Oberflächentemperatur Ts innerhalb des Zieltemperaturanstiegsbereichs periodisch oszilliert. Dies führt dann zu dem kontrollierten Temperaturanstieg, wie in 4 gezeigt ist. Ferner ist eine mittlere Oberflächentemperatur 24 eingezeichnet, welche als Referenz für die Abweichungen wird. Diese Temperatur folgt dem Energieeintrag in das Bauteil und basiert auf der Laserstrahlleistung und der Scangeschwindigkeit.First, in a heating phase 23, the periodic scanning of the surface 6a of the component 6 is carried out in order to heat the surface 6 from a room temperature to the predetermined target temperature range ΔT Z. In this case, the deviations of the maxima T 2 and minima T 1 of the periodic temperature profile of the surface temperature T S to an upper limit T AZ1 and lower limit T AZ2 of a target temperature increase range ΔT Z can be determined. Furthermore, the energy input into the component controlled by the laser control can then be adjusted based on the determined deviations so that the surface temperature Ts oscillates periodically within the target temperature increase range. This then leads to the controlled temperature increase, as in 4 is shown. Furthermore, an average surface temperature 24 is shown, which is used as a reference for the deviations. This temperature follows the energy input into the component and is based on the laser beam power and the scanning speed.

Während der Oszillation ist die Abkühlung, d.h. der sinkende Teil der Oszillation zwischen einem Maximum T2 oder TA2 und einem Minimum T1 oder TA1, durch die Wärmeabfuhr des unterliegenden Materials des Bauteils 6 bestimmt. Die lokale Aufwärmung, d.h. der steigende Teil der Oszillation zwischen einem Minimum T1 oder TA1 und einem Maximum T2 oder TA2, ist durch die Scangeschwindigkeit und die Laserleistung des Lasers gegeben, welcher lokal einen Punkt aufheizt. Die Steigung der mittleren Oberflächentemperatur 24 während der Aufheizphase 23 ist durch eine Heizfrequenz bestimmt, welche das Inverse einer Dauer angibt, bis ein Punkt auf der Oberfläche des Bauteils ein wiederholtes Mal belichtet wird. Je öfter der Laserstrahl eine stelle belichtet, desto mehr überwiegt die Aufwärmung, und je seltener diese Stelle belichtet wird, desto mehr überwiegt die Abkühlung. Sind Abkühlung und Energieeintrag im Gleichgewicht wird eine konstante mittlere Temperatur gehalten, wie in 4 gezeigt ist.During the oscillation, the cooling, i.e. the decreasing part of the oscillation between a maximum T 2 or TA2 and a minimum T 1 or T A1 , is determined by the heat dissipation of the underlying material of the component 6. The local heating, i.e. the increasing part of the oscillation between a minimum T 1 or T A1 and a maximum T 2 or T A2 , is given by the scanning speed and the laser power of the laser, which locally heats a point. The increase in the average surface temperature 24 during the heating phase 23 is determined by a heating frequency, which indicates the inverse of a duration until a point on the surface of the component is repeatedly exposed. The more often the laser beam exposes a point, the more the heating predominates, and the less often this point is exposed, the more the cooling predominates. If cooling and energy input are in balance, a constant average temperature is maintained, as in 4 is shown.

In einer stationären Phase wird dann analog des oben beschriebenen Verfahrens eine Abweichung der mittlere Temperatur, alternativ der Maxima TS1 und Minima TS2 des bestimmten periodischen Temperaturverlaufs von der Obergrenze TZ1 eines vorbestimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ und von einer Untergrenze TZ2 des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ berechnet. Diese Regelung führt zu einer stationären Oszillation der Oberflächentemperatur TS im Zieltemperaturbereich ΔTZ, was für eine effektive Wärmebehandlung unerlässlich ist.In a stationary phase, a deviation of the mean temperature, alternatively the maxima T S1 and minima T S2 of the specific periodic temperature profile from the upper limit T Z1 of a predetermined target temperature range ΔT Z and from a lower limit T Z2 of the predetermined target temperature range ΔT Z is then calculated analogously to the method described above. This control leads to a stationary oscillation of the surface temperature T S in the target temperature range ΔT Z , which is essential for effective heat treatment.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1' zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil 6 mit einem Laserstrahl 5. 5 shows a schematic representation of a further embodiment of a device 1' for controlling a heat input into a component 6 with a laser beam 5.

Die in 5 gezeigte zweite Vorrichtung 1' basiert auf der in 1 gezeigten ersten Vorrichtung 1. Allerdings weist sie einen dem Scannen mitgeführten Sensor 4' auf, welcher dazu ausgebildet ist, Photoemissionen 7, welche während der Bestrahlung von der mit dem Laserstrahl 5 bestrahlten Oberfläche 6 emittiert werden, zu detektieren. Ferner ist hier eine Auskopplungseinrichtung 14 in Form eines Strahlteilers vorgesehen, welche derart angeordnet ist, um die Photoemissionen 7 zwischen der Strahlsteuerungseinrichtung 3 und dem Laser 2 zu dem Sensor 4' auszukoppeln. Der Sensor weist zumindest eine koaxial angeordnete Photodiode auf, welche zur Detektion der von der Oberfläche 6a emittierten Photoemissionen 7 ausgebildet ist. Die Photodiode kann dabei eine Si- oder InGaAs-basierte Photodiode zur Detektion langwelliger Strahlung bis in den mittleren Infrarotbereich sein. In weiteren Ausführungsformen ist noch ein weiterer Strahlteiler vorgesehen, der die Photoemissionen auf jeweilige Pfade Richtung einer Si-Photodiode und einer InGaAs-Photodiode richtet.In the 5 The second device 1' shown is based on the device shown in 1 shown first device 1. However, it has a sensor 4' which is carried along with the scanning and is designed to detect photo emissions 7 which are emitted during the irradiation from the surface 6 irradiated with the laser beam 5. Furthermore, an outcoupling device 14 in the form of a beam splitter is provided here, which is arranged in such a way as to couple the photo emissions 7 between the beam control device 3 and the laser 2 to the sensor 4'. The sensor has at least one coaxially arranged photodiode which is designed to detect the photo emissions 7 emitted from the surface 6a. The photodiode can be a Si or InGaAs-based photodiode for detecting long-wave radiation up to the mid-infrared range. In further embodiments, a further beam splitter is provided which directs the photo emissions onto respective paths towards a Si photodiode and an InGaAs photodiode.

Die Vorrichtung 1' unterscheidet sich außerdem durch eine leicht angepasst ausgelegte Steuerungseinrichtung 8, um eine Oberflächentemperatur Ts basierend auf den erfassten Photoemissionen 7 zu bestimmen, eine Abweichung der Oberflächentemperatur TS von einer vorbestimmten Zieltemperatur TZ zu berechnen, und eine Ausgangsleistung des Lasers 2 basierend auf der berechneten Abweichung der Oberflächentemperatur Ts von der Zieltemperatur TZ anzupassen. Da hier der Sensor mitgeführt wird, ist es unerlässlich, dass auch die Steuerungseinrichtung 8 die von dem Sensor 4` gelieferten Daten relativ schnell, beispielsweise im kHz-Bereich verarbeiten, und die Ausgangsleistung des Lasers 2 schnell ansteuern kann.The device 1' is also distinguished by a slightly adapted control device 8 in order to determine a surface temperature Ts based on the detected photoemissions 7, to calculate a deviation of the surface temperature T S from a predetermined target temperature T Z , and to adjust an output power of the laser 2 based on the calculated deviation of the surface temperature Ts from the target temperature T Z. Since the sensor is carried along here, it is essential that the control device 8 also processes the data provided by the sensor 4' relatively quickly, for example in the kHz range. and can quickly control the output power of laser 2.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Verfahrens zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil 6 mit einem Laserstrahl 5. 6 shows a schematic representation of an embodiment of a corresponding method for controlling a heat input into a component 6 with a laser beam 5.

Das gezeigte Verfahren 1' weist den Schritt eines Scannens S1` einer Oberfläche 6a eines Bauteils 6 mit einem Laserstrahl 5 entlang einer Scanstrecke 10 auf. Dann erfolgt ein Erfassen S2` von Photoemissionen 7, welche beim Scannen entlang der Scanstrecke 10 von der Oberfläche 6a emittiert werden. Ferner ist ein Bestimmen S3' eines Verlaufs einer Oberflächentemperatur Ts entlang der Scanstrecke 10 basierend auf den erfassten Photoemissionen vorgesehen. Damit erfolgt ein Berechnen S4' einer Abweichung der Oberflächentemperatur Ts von einer vorbestimmten Zieltemperatur TZ entlang der Scanstrecke 10. Ferner wird ein erneutes Scannen der Oberfläche 6a durchgeführt, wobei gleichzeitige ein dynamisches Anpassen einer Ausgangsleistung des Lasers 2 entlang der Scanstrecke 10 basierend auf der bestimmten Abweichung der Oberflächentemperatur Ts von der Zieltemperatur TZ durchgeführt wird.The method 1' shown comprises the step of scanning S1` a surface 6a of a component 6 with a laser beam 5 along a scanning path 10. Then, a detection S2` of photoemissions 7 which are emitted from the surface 6a during scanning along the scanning path 10 takes place. Furthermore, a determination S3' of a profile of a surface temperature Ts along the scanning path 10 is provided based on the detected photoemissions. This is used to calculate S4' a deviation of the surface temperature Ts from a predetermined target temperature T Z along the scanning path 10. Furthermore, the surface 6a is scanned again, with a simultaneous dynamic adjustment of an output power of the laser 2 along the scanning path 10 being carried out based on the determined deviation of the surface temperature Ts from the target temperature T Z.

Ferner kann noch der zusätzliche Schritt einer Kalibrierung vorgesehen sein, bei dem der Sensor 4' zur Erfassung der Photoemissionen 7 entlang der Scanstrecke 10 kalibriert wird.Furthermore, the additional step of calibration can be provided, in which the sensor 4' is calibrated to detect the photoemissions 7 along the scanning path 10.

7 zeigt ein Diagramm eines Temperaturverlaufs gemäß eines Ausführungsbeispiels. 7 shows a diagram of a temperature curve according to an embodiment.

Das in 7 gezeigte Diagramm 30 ist gegen eine horizontalen Zeitachse 31 die Oberflächentemperatur TS gemessen entlang der Scanstrecke 11 auf einer vertikalen Temperaturachse 32 aufgetragen. Der Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur TS folgt dabei einer Zieltemperatur TZ, wobei diese voneinander abweichen. Die hier beispielhaft gezeigte Kurve entspricht dem Durchlauf einer Scanstrecke 10. Bei bekanntem Startpunkt ist es möglich zu erkennen, an welchen Bereichen der Scanstrecke 10 eine etwas zu hohe Oberflächentemperatur Ts und an welchen Bereichen der Oberfläche 6a eine etwas zu niedrige Oberflächentemperatur Ts sich gebildet hat. Durch entsprechende dynamische Anpassung der Ausgangsleistung des Lasers 2, bzw. der Laserstrahlleistung des Laserstrahls 5 bei den folgenden Scanvorgängen können diese Temperaturschwankungen ausgeglichen werden.This in 7 In the diagram 30 shown, the surface temperature T S measured along the scanning path 11 is plotted against a horizontal time axis 31 on a vertical temperature axis 32. The temperature profile of the surface temperature T S follows a target temperature T Z , although these differ from one another. The curve shown here as an example corresponds to the passage through a scanning path 10. If the starting point is known, it is possible to see in which areas of the scanning path 10 a slightly too high surface temperature Ts has formed and in which areas of the surface 6a a slightly too low surface temperature Ts has formed. These temperature fluctuations can be compensated by appropriate dynamic adjustment of the output power of the laser 2 or the laser beam power of the laser beam 5 during the following scanning processes.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere enthalten die oben beschriebenen Ausführungsformen vereinfachte optische System. So kann ein optisches Element zur Strahlabschwächung, beispielsweise in Form einer A/2-Platte in Kombination mit einem Polarisator vorgesehen sein. Weiterhin kann eine Fokussieroptik vorgesehen sein, die angesteuert werden kann, um die Strahldurchmesser zu variieren. Diese Fokussieroptik kann im Scanner integriert sein, und den Scanspiegeln vor- oder auch nachgelagert angeordnet sein. Obwohl in den obigen Ausführungsformen nur ein Laser erwähnt ist, gilt das obige Verfahren auch für Vorrichtungen mit mehreren gleichartigen oder auch unterschiedlichen Lasern, die für das Scannen verwendet werden. Weiterhin kann auch der Strahldurchmesser variiert werden, was beispielsweise durch die Ansteuerung einer Fokussieroptik im Scanner realisiert werden kann. Weiterhin kann auch die Scangeschwindigkeit bzw. eine Verweildauer des Laserstrahls variiert werden.Although the present invention has been fully described above using preferred embodiments, it is not limited thereto, but can be modified in many different ways. In particular, the embodiments described above contain simplified optical systems. For example, an optical element for beam attenuation can be provided, for example in the form of an A/2 plate in combination with a polarizer. Furthermore, a focusing optics can be provided that can be controlled to vary the beam diameter. This focusing optics can be integrated in the scanner and arranged upstream or downstream of the scanning mirrors. Although only one laser is mentioned in the above embodiments, the above method also applies to devices with several similar or different lasers that are used for scanning. Furthermore, the beam diameter can also be varied, which can be achieved, for example, by controlling a focusing optics in the scanner. Furthermore, the scanning speed or a dwell time of the laser beam can also be varied.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1, 1'1, 1'
VorrichtungenDevices
22
LaserLaser
33
StrahlsteuerungseinrichtungBeam control device
4, 4`4, 4`
SensorenSensors
55
Laserstrahllaser beam
66
BauteilComponent
6a6a
Oberfläche des BauteilsSurface of the component
6b6b
zu behandelnder Abschnitt des BauteilsSection of the component to be treated
6c6c
unbehandelter Abschnitt des Bauteilsuntreated section of the component
77
PhotoemissionenPhotoemissions
88th
SteuerungseinrichtungControl device
99
BasisplatteBase plate
1010
ScanstreckeScanning path
1111
ScanvektorScan vector
1212
Beobachtungspunkt/Teilbereich der OberflächeObservation point/part of the surface
1313
StrahldurchmesserBeam diameter
1414
AuskopplungsoptikOutput optics
2020
Diagramm zum TemperaturverlaufTemperature curve diagram
2121
ZeitachseTimeline
2222
TemperaturachseTemperature axis
2323
AufheizphaseHeating phase
2424
Mittlere OberflächentemperaturAverage surface temperature
3030
Diagramm zum TemperaturverlaufTemperature curve diagram
3131
ZeitachseTimeline
3232
TemperaturachseTemperature axis
PP
Periode eines ScandurchlaufsPeriod of a scan run
S1 - S5S1 - S5
VerfahrensschritteProcess steps
S1' - S5'S1' - S5'
VerfahrensschritteProcess steps
TAZ1TAZ1
Obergrenze des ZieltemperaturanstiegsbereichsUpper limit of the target temperature rise range
TAZ2TAZ2
Untergrenze des ZieltemperaturanstiegsbereichsLower limit of the target temperature rise range
TSTS
erfasste Oberflächentemperaturrecorded surface temperature
TS1TS1
Maximum des periodischen TemperaturverlaufsMaximum of the periodic temperature curve
TS2TS2
Minimum Temperatur des periodischen TemperaturverlaufsMinimum temperature of the periodic temperature curve
ΔTZΔTZ
ZieltemperaturbereichTarget temperature range
TZTZ
ZieltemperaturTarget temperature
TZ1TZ1
Obergrenze des ZieltemperaturbereichsUpper limit of the target temperature range
TZ2TZ2
Untergrenze des ZieltemperaturbereichsLower limit of the target temperature range

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Claims (15)

Verfahren zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil (6) durch einen Laserstrahl (5), mit den Schritten: Periodisches Scannen (S1) einer Oberfläche (6a) des Bauteils (6) mit dem Laserstrahl (5); Erfassen (S2), während des periodischen Scannens, von Photoemissionen (7), welche von einem mit dem Laserstrahl (5) bestrahlten vorbestimmten Teilbereich (12) der Oberfläche (6a) emittiert werden; Bestimmen (S3) eines periodischen Temperaturverlaufs einer Oberflächentemperatur (TS) und einer mittleren Oberflächentemperatur (24) basierend auf den erfassten Photoemissionen (7); Berechnen (S4) einer Abweichung der mittleren Oberflächentemperatur (24) von einer Obergrenze (TZ1) eines vorbestimmten Zieltemperaturbereichs (ΔTZ) und einer Untergrenze (TZ2) des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs (ΔTZ); und Anpassen (S5) eines durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrags in das Bauteil (6) basierend auf den berechneten Abweichungen, wobei die Scanparameter zumindest eine Laserstrahlleistung umfassen.Method for controlling heat input into a component (6) by a laser beam (5), comprising the steps of: Periodically scanning (S1) a surface (6a) of the component (6) with the laser beam (5); Detecting (S2), during the periodic scanning, photoemissions (7) emitted by a predetermined partial region (12) of the surface (6a) irradiated with the laser beam (5); Determining (S3) a periodic temperature profile of a surface temperature (T S ) and an average surface temperature (24) based on the detected photoemissions (7); Calculating (S4) a deviation of the average surface temperature (24) from an upper limit (T Z1 ) of a predetermined target temperature range (ΔT Z ) and a lower limit (T Z2 ) of the predetermined target temperature range (ΔT Z ); and adjusting (S5) an energy input into the component (6) controlled by a laser control based on the calculated deviations, wherein the scanning parameters comprise at least a laser beam power. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen von Photoemissionen (7) durch ein Pyrometer erfolgt, welches zur Detektion der Photoemissionen (7) des bestrahlten vorbestimmten Teilbereichs (12) der Oberfläche (6) angeordnet und ausgebildet ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the detection of photoemissions (7) is carried out by a pyrometer which is arranged and designed to detect the photoemissions (7) of the irradiated predetermined partial region (12) of the surface (6). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte periodische Temperaturverlauf zwischen Maxima (T1) und Minima (T2) näherungsweise gemäß einer Sinuskurve periodisch oszilliert.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the determined periodic temperature profile between maxima (T 1 ) and minima (T 2 ) oscillates periodically approximately according to a sine curve. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Obergrenze (TZ1) des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs (ΔTZ) unterhalb der Schmelztemperatur eines für das Bauteil (6) verwendeten Materials ist.Procedure according to Claim 3 , characterized in that the upper limit (T Z1 ) of the predetermined target temperature range (ΔT Z ) is below the melting temperature of a material used for the component (6). Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das periodische Scannen der Oberfläche (6a) des Bauteils (6) eine Aufheizphase (23), in welcher die Oberfläche (6) von einer Raumtemperatur auf den vorbestimmten Zieltemperaturbereich (ΔTZ) aufgeheizt wird, umfasst, und dass das Bestimmen der Abweichung mit dem Bestimmen der Abweichungen der Maxima (T2) und Minima (T1) des periodischen Temperaturverlaufs der Oberflächentemperatur (TS) zu einer Obergrenze (TAZ1) und Untergrenze (TAZ2) eines Zieltemperaturanstiegsbereichs erfolgt, und dass das Anpassen des durch die Lasersteuerung geregelten Energieeintrags in das Bauteil (6) basierend der bestimmten Abweichungen erfolgt, so dass die Oberflächentemperatur (TS) innerhalb des Zieltemperaturanstiegsbereichs periodisch oszilliert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the periodic scanning of the surface (6a) of the component (6) comprises a heating phase (23) in which the surface (6) is heated from a room temperature to the predetermined target temperature range (ΔT Z ), and that the determination of the deviation is carried out by determining the deviations of the maxima (T 2 ) and minima (T 1 ) of the periodic temperature profile of the surface temperature (T S ) to an upper limit (T AZ1 ) and lower limit (T AZ2 ) of a target temperature increase range, and that the adaptation of the energy input into the component (6) regulated by the laser control is carried out based on the determined deviations, so that the surface temperature (T S ) oscillates periodically within the target temperature increase range. Verfahren (1') zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil (6) durch einen Laserstrahl (5), mit den Schritten: Scannen (S1') einer Oberfläche (6a) des Bauteils (6) mit dem Laserstrahl (5) entlang einer Scanstrecke (10); Erfassen (S2') von Photoemissionen (7), welche beim Scannen entlang der Scanstrecke (10) von der Oberfläche (6a) emittiert werden; Bestimmen (S3') eines Verlaufs einer Oberflächentemperatur (TS) entlang der Scanstrecke (10) basierend auf den erfassten Photoemissionen; Berechnen (S4') einer Abweichung der Oberflächentemperatur (TS) von einer vorbestimmten Zieltemperatur (TZ) entlang der Scanstrecke (10); und Erneutes Scannen der Oberfläche (6a) und gleichzeitiges dynamisches Anpassen eines durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrags in das Bauteil (6) entlang der Scanstrecke (10) basierend auf der bestimmten Abweichung der Oberflächentemperatur (TS) von der Zieltemperatur (TZ), wobei die Scanparameter zumindest eine Laserstrahlleistung umfassen.Method (1') for controlling heat input into a component (6) by a laser beam (5), comprising the steps of: scanning (S1') a surface (6a) of the component (6) with the laser beam (5) along a scanning path (10); detecting (S2') photoemissions (7) emitted from the surface (6a) during scanning along the scanning path (10); determining (S3') a profile of a surface temperature (T S ) along the scanning path (10) based on the detected photoemissions; calculating (S4') a deviation of the surface temperature (T S ) from a predetermined target temperature (T Z ) along the scanning path (10); and re-scanning the surface (6a) and simultaneously dynamically adjusting an energy input into the component (6) along the scanning path (10) controlled by a laser control based on the determined deviation of the surface temperature (T S ) from the target temperature (T Z ), wherein the scanning parameters comprise at least a laser beam power. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen (S2') von Photoemissionen (7) durch einen dem Scannen mitgeführten Sensor (4') erfolgt.Procedure according to Claim 6 , characterized in that the detection (S2') of photoemissions (7) is carried out by a sensor (4') carried along with the scanning. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4') zumindest eine koaxial angeordnete Photodiode aufweist.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the sensor (4') has at least one coaxially arranged photodiode. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Kalibrierungsschritt vorgesehen ist, bei dem der Sensor (4') zur Erfassung der Photoemissionen (7) entlang der Scanstrecke (10) kalibriert wird.Method according to one of the Claims 5 until 8th , characterized in that a calibration step is additionally provided in which the sensor (4') for detecting the photoemissions (7) along the scanning path (10) is calibrated. Vorrichtung (1) zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil (6) durch einen Laserstrahl (5), insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 9, mit einem Laser (2), welcher derart ausgebildet ist, bei einer Bestrahlung mit dem von dem Laser (2) emittierten Laserstrahl (5) auf eine Oberfläche (6a) des Bauteils (6) einen Wärmeeintrag zu erzeugen; mit einer Strahlsteuerungseinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, ein periodisches Scannen des Laserstrahls (5) auf der Oberfläche (6a) auszuführen; mit einem Sensor (4), welcher dazu ausgebildet ist, Photoemissionen (7), welche bei dem Scannen von der mit dem Laserstrahl (5) bestrahlen Oberfläche (6a) emittiert werden, zu detektieren; und mit einer Steuerungseinrichtung (8), welche mit dem Laser (2) und dem Sensor (4) verbunden ist, und dazu ausgelegt ist: - einen periodischen Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur (TS) des Teilbereichs (12) basierend auf den erfassten Photoemissionen (7) des Teilbereichs (12) zu bestimmen, - eine Abweichung und einer mittleren Oberflächentemperatur (24) von einer Obergrenze (TZ1) des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs (ΔTZ) und einer Untergrenze (TZ2) des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs (ΔTZ) zu berechnen, und - ein durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrag in das Bauteil (6) basierend auf der bestimmten Abweichung des Maximums (T1) und Minimums (T2) von der Obergrenze (TZ1) und Untergrenze (TZ2) des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs (ΔTZ) anzupassen.Device (1) for controlling a heat input into a component (6) by a laser beam (5), in particular using a method according to one of the Patent claims 1 until 9 , with a laser (2) which is designed to generate a heat input when irradiated with the laser beam (5) emitted by the laser (2) onto a surface (6a) of the component (6); with a beam control device (3) which is designed to carry out a periodic scanning of the laser beam (5) on the surface (6a); with a sensor (4) which is designed to detect photoemissions (7) which are generated during the scanning of the surface irradiated with the laser beam (5). (6a) are emitted; and with a control device (8) which is connected to the laser (2) and the sensor (4) and is designed to: - determine a periodic temperature profile of the surface temperature (T S ) of the partial region (12) based on the detected photoemissions (7) of the partial region (12), - calculate a deviation of an average surface temperature (24) from an upper limit (T Z1 ) of the predetermined target temperature range (ΔT Z ) and a lower limit (T Z2 ) of the predetermined target temperature range (ΔT Z ), and - adapt an energy input into the component (6) regulated by a laser control based on the determined deviation of the maximum (T 1 ) and minimum (T 2 ) from the upper limit (T Z1 ) and lower limit (T Z2 ) of the predetermined target temperature range (ΔT Z ). Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) derart stationär angeordnet ist, um die von einem mit dem Laser (2) bestrahlten vorbestimmten Teilbereich (12) der Oberfläche (6a) emittierten Photoemissionen (7) zu erfassen.Device according to Claim 10 , characterized in that the sensor (4) is arranged stationary in such a way as to detect the photoemissions (7) emitted by a predetermined partial region (12) of the surface (6a) irradiated with the laser (2). Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) als eine Thermokamera ausgebildet ist, welche zur Detektion der von dem Teilbereich (12) emittierten Photoemissionen (7) ausgebildet ist.Device according to Claim 11 , characterized in that the sensor (4) is designed as a thermal camera which is designed to detect the photoemissions (7) emitted by the partial region (12). Vorrichtung (1') zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil (6) durch einen Laserstrahl (5), insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 9, mit einem Laser (2), welcher derart ausgebildet ist, bei einer Bestrahlung mit dem von dem Laser (2) emittierten Laserstrahl auf eine Oberfläche (6a) des Bauteils (6) einen Wärmeeintrag zu erzeugen; mit einer Strahlsteuerungseinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, ein Scannen des Laserstrahls (5) auf der Oberfläche (6a) auszuführen; mit einem dem Scannen mitgeführten Sensor (4'), welcher dazu ausgebildet ist, Photoemissionen (7), welche von der mit dem Laserstrahl (5) bestrahlten Oberfläche (6a) emittiert werden, zu detektieren; und mit einer Steuerungseinrichtung (8), welche mit dem Laser (2) und dem Sensor (4') verbunden ist, und dazu ausgelegt ist: - eine Oberflächentemperatur (TS) basierend auf den erfassten Photoemissionen (7) zu bestimmen, - eine Abweichung der Oberflächentemperatur (TS) von einer vorbestimmten Zieltemperatur (TZ) zu berechnen, und - ein durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrag in das Bauteil (6) basierend auf der berechneten Abweichung der Oberflächentemperatur (TS) von der Zieltemperatur (TZ) anzupassen.Device (1') for controlling a heat input into a component (6) by a laser beam (5), in particular using a method according to one of the Patent claims 1 until 9 , with a laser (2) which is designed to generate a heat input when irradiated with the laser beam emitted by the laser (2) on a surface (6a) of the component (6); with a beam control device (3) which is designed to scan the laser beam (5) on the surface (6a); with a sensor (4') which is carried along with the scanning and which is designed to detect photoemissions (7) which are emitted by the surface (6a) irradiated with the laser beam (5); and with a control device (8) which is connected to the laser (2) and the sensor (4') and is designed to: - determine a surface temperature (T S ) based on the detected photoemissions (7), - calculate a deviation of the surface temperature (T S ) from a predetermined target temperature (T Z ), and - adapt an energy input into the component (6) controlled by a laser control based on the calculated deviation of the surface temperature (T S ) from the target temperature (T Z ). Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auskopplungseinrichtung (14) vorgesehen ist, welche derart angeordnet ist, um die Photoemissionen (7) zwischen der Strahlsteuerungseinrichtung (3) und dem Laser (2) zu dem Sensor (4') auszukoppeln.Device according to Claim 13 , characterized in that an outcoupling device (14) is provided which is arranged to couple the photoemissions (7) between the beam control device (3) and the laser (2) to the sensor (4'). Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4') zumindest eine koaxial angeordnete Photodiode aufweist, welche zur Detektion der von der Oberfläche emittierten Photoemissionen (7) ausgebildet ist.Device according to Claim 13 or 14 , characterized in that the sensor (4') has at least one coaxially arranged photodiode which is designed to detect the photoemissions (7) emitted from the surface.
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