DE102022130089A1

DE102022130089A1 - Verfahren zur bereitstellung einer verfahrensanweisung

Info

Publication number: DE102022130089A1
Application number: DE102022130089.7A
Authority: DE
Inventors: Omar Fergani; Katharina Eissing
Original assignee: 1000 Kelvin GmbH
Current assignee: 1000 Kelvin GmbH
Priority date: 2022-11-14
Filing date: 2022-11-14
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung eines Bauteils mit den Verfahrensschritten Empfangen und/oder Einlesen einer ersten Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer ersten Baustruktur, wobei die erste Verfahrensanweisung auf einer ersten Computereinheit erstellt wurde, Erstellen einer zweiten Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer zweiten Baustruktur, wobei die zweite Verfahrensanweisung auf einer zweiten Computereinheit erstellt wird, wobei die zweite Verfahrensanweisung auf der Basis der ersten Verfahrensanweisung erstellt wird, wobei die erste Computereinheit von der zweiten Computereinheit verschieden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung eines Bauteils mit den Verfahrensschritten Empfangen und/oder Einlesen einer ersten Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer ersten Baustruktur, wobei die erste Verfahrensanweisung auf einer ersten Computereinheit erstellt wurde, Erstellen einer zweiten Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer zweiten Baustruktur, wobei die zweite Verfahrensanweisung auf einer zweiten Computereinheit erstellt wird, wobei die zweite Verfahrensanweisung auf der Basis der ersten Verfahrensanweisung erstellt wird, wobei die erste Computereinheit von der zweiten Computereinheit verschieden ist.
Stand der Technik
Der 3D-Druck oder Additive Fertigung ist eine umfassende Bezeichnung für alle Fertigungsverfahren, bei denen Material Schicht für Schicht aufgetragen wird und so dreidimensionale Bauteile erzeugt werden. Dabei erfolgt der schichtweise Aufbau computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach Vorgaben aus einem CAD/CAM-System. Die Schichten können dann wiederum, insbesondere bei den Direct Energy Deposition-Verfahren, in Bahnen zerlegt werden. Außerdem wird beim sog. Hatching eine Schicht in Streifen (Hatches) oder Quadrate aufgeteilt und darin parallel angeordnete Vektoren verteilt. Bei pulverbettbasierten Technologien, wie zum Beispiel dem Selective Laser Melting, erfolgt die Herstellung des Bauteils ohne weitere Unterteilung der Schichten. Beim schichtweisen Aufbau des Werkstücks wird üblicherweise ein Druckkopf oder ein Laser horizontal, d.h. in der X-Y-Ebene bewegt und gleichzeitig werden mit dem Druckkopf oder Laser Material-Bahnen aufgebracht. Ist eine Schicht fertiggestellt, wird üblicherweise die Bauplatte, auf der das Werkstück gefertigt wird,senkrecht nach unten, also in Z-Richtung bewegt und eine weitere Schicht begonnen. Bei Auftragen bzw. Aufschmelzen der Schichten kann das Werkstück je nach Art des aufgetragenen Materials und der eingestellten Prozessparameter (z.B. Temperatur, Vorschub) Probleme erfahren, wie etwa Rissbildung, Verformung und eine ungleichmäßige Kristallstruktur. In weiteren Fällen kann dies sogar dazu führen, dass ein gesamter Fertigungsprozess gestoppt werden muss. In dem Stand der Technik wird ein Prozessplan üblicherweise nur auf der Basis des geometrischen Designs eines Werkstücks erstellt. Falls ein derartiger Prozessplan ausgeführt wird, kann er zu einem Phänomen führen, dass ein spezieller Abschnitt des Werkstücks in einem Fertigungsprozess z.B. überhitzt wird und es schwierig ist, die Temperatur des Werkstücks effektiv zu steuern. Zusätzlich ist es im Stand der Technik in einem additiven Fertigungsprozess unmöglich, den Prozessplan insbesondere während des Fertigungsprozesses zu verändern und anzupassen, sobald ein Prozessplan vollständig erstellt ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung eines Bauteils bereitzustellen, mit dem ein verbesserter Prozessplan zur additiven Fertigung eines Werkstücks zur Verfügung gestellt wird.
Die Aufgabe wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung eines Bauteils gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den nachfolgenden Unteransprüchen dargelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung eines Bauteils weist zwei Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Empfangen und/oder Einlesen einer ersten Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer ersten Baustruktur, wobei die erste Verfahrensanweisung auf einer ersten Computereinheit erstellt wurde.
Im zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Empfangen und/oder Einlesen einer zweiten Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer zweiten Baustruktur, wobei die zweite Verfahrensanweisung auf einer zweiten Computereinheit erstellt wurde.
Erfindungsgemäß wird die zweite Verfahrensanweisung auf der Basis der ersten Verfahrensanweisung erstellt, wobei die erste Computereinheit von der zweiten Computereinheit verschieden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren erstellt eine erste Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer ersten Baustruktur und eine zweite Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer zweiten Baustruktur. Die beiden Baustrukturen weisen bevorzugt das gleiche Bauteil, aber unterschiedliche Supportstrukturen auf. Mittels der ersten und der zweiten Verfahrensanweisung ist also ein und dasselbe Bauteil herstellbar, wobei die zweite Verfahrensanweisung auf Grundlage der ersten Verfahrensanweisung erstellt wird. Die erste Verfahrensanweisung wird dabei mittels der zweiten Verfahrensanweisung derart optimiert, dass das hergestellte Bauteil eine verbesserte Eigenspannungsverteilung aufweist.
Eine Computereinheit im Sinne der Erfindung umfasst alle elektronischen Geräte mit Datenverarbeitungseigenschaften. Eine Computereinheit ist somit beispielsweise ein Personal Computer, Server, Handheld-Computer-System, Pocket-PC-Gerät, Mobilfunkgerät und ein anderes Kommunikationsgerät, das rechnergestützt Daten verarbeiten kann, sowie Prozessoren und andere elektronische Geräte zur Datenverarbeitung, die auch zu einem Netzwerk zusammengeschlossen sein können. Eine Computereinheit weist außerdem eine Speichereinheit auf oder ist mit einer Speichereinheit verbunden. Die beiden unterschiedlichen Computereinheiten unterscheiden sich bevorzugt auch durch ihren Standort und besonders bevorzugt durch die Zugriffsrechte, die ein Nutzer auf die Computereinheiten hat. Bevorzugt kann ein Nutzer mit Zugriffsrechten auf die zweite Computereinheit auf diese Verfahrensanweisungen, z.B. von dem Nutzer selbst erstellte, transferieren, die mittels der zweiten Computereinheit zu Erstellung einer zweiten Verfahrensanweisung herangezogen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher den Zugriff von Nutzern auf eine Computereinheit zur Erstellung einer Verfahrensanweisung, die hinsichtlich ihrer Eigenspannungsverteilung optimiert ist.
Als Verfahrensanweisung werden Daten verstanden, die einem Additiv-Fertiger zum additiven Herstellen der Baustruktur zur Verfügung gestellt werden. Hierzu gehören die Verfahrensparameter für den additiven Fertiger sowie die Definition eines Werkzeugpfads. Der Werkzeugpfad besteht üblicherweise aus einer Vielzahl von aneinander gereihten Vektoren, die durch den additiven Fertiger abgefahren werden. Die Verfahrensanweisungen definieren damit eine Prozessführung, die der additive Fertiger zum additiven Herstellen einer Baustruktur abarbeitet.
Als additive Fertigungsverfahren im Sinne dieser Anmeldung werden Verfahren verstanden, bei denen das Material, aus dem eine Baustruktur hergestellt werden soll, der Baustruktur während der Entstehung hinzugefügt wird. Dabei entsteht die Baustruktur bereits in seiner endgültigen Gestalt oder zumindest annähernd in dieser Gestalt, wobei dann eine Nachbearbeitung erfolgt. Insbesondere weist die zu fertigende Baustruktur eine Supportstruktur auf, die einen oder mehrere Supportpunkte umfasst. Diese Supportstruktur wird während der Nachbearbeitung entfernt.
Fertigungsbedingt ist es in den genannten 3D Druckverfahren nötig, filigrane oder überhängende Strukturen im Druckprozess mittels einer Supportstruktur abzustützen. Diese Strukturen würden andernfalls der Schwerkraft folgend einstürzen. Auch im Metall 3D Druck sind Supportstruktur mitunter notwendig, allerdings aus anderen Gründen als in den Kunststoff-basierten additiven Verfahren. Hier besteht die Gefahr weniger darin, dass das Modell beim Drucken einstürzen könnte, als vielmehr darum, drohenden Verzug zu verhindern. So können sich insbesondere dünne Bereiche des Modells leicht verbiegen. Die im Metall 3D Druck auftretenden Temperaturen sind üblicherweise derart hoch, dass auch Bauteilen mit hoher Wandstärke Verzug und Eigenspannungen auftreten können.
Zu den Techniken, die ein additiver Fertiger zur Herstellung eines Bauteils anwendet, gehören zum Beispiel die Extrusions-Abscheidung oder selektive Abscheidungsmodellierung (SDM), Techniken wie Fused Deposition Modeling (FDM) und Fused Filament Fabrication (FFF), Stereolithographie (SLA), Polyjetdruck (PJP), Multijetdruck (MJP), selektives Laser-Sintern (SLS), selektives Laser-Schmelzen (SLM), dreidimensionales Drucken (3DP) Techniken wie Farbstrahldruck (CJP), Directed Energy Deposition (DED) und dergleichen.
Fused Filament Fabrication (FFF), auch bekannt als Fused Deposition Modeling oder auch Filament Freeform Fabrication genannt, ist ein 3D-Druckverfahren, bei dem ein Endlosfilament aus einem thermoplastischen Material verwendet wird. Das Filament wird von einer großen Spule durch einen beweglichen, beheizten Extruderkopf des Druckers zugeführt und auf das wachsende Werkstück aufgebracht. Der Druckkopf wird computergesteuert bewegt, um die gedruckte Form zu definieren. Normalerweise bewegt sich der Kopf in zwei Dimensionen, um jeweils eine horizontale Ebene oder Schicht aufzutragen; das Werkstück oder der Druckkopf wird dann um einen kleinen Betrag vertikal bewegt, um eine neue Schicht zu beginnen. Die Geschwindigkeit des Extruderkopfes kann auch so gesteuert werden, dass die Abscheidung gestoppt und gestartet wird und eine unterbrochene Ebene entsteht, ohne dass es zwischen den Abschnitten zu Fäden oder Tropfen kommt.
Directed Energy Deposition (DED) bezeichnet eine Kategorie von additiven Fertigungs- oder 3D-Druckverfahren, bei denen Pulver oder Draht koaxial zu einer Energiequelle (in der Regel einem Laser) zugeführt werden, um eine geschmolzene oder gesinterte Schicht auf einem Substrat zu bilden.
Der Schmelzfilamentdruck ist derzeit das beliebteste Verfahren für den 3D-Druck insbesondere im Hobbybereich. Andere Verfahren wie die Photopolymerisation und das Pulversintern können zwar bessere Ergebnisse liefern, sind aber wesentlich teurer. Der 3D-Druckerkopf oder 3D-Drucker-Extruder ist ein Teil in der additiven Fertigung durch Materialextrusion, das für das Schmelzen oder Erweichen des Rohmaterials und dessen Formung zu einem kontinuierlichen Profil verantwortlich ist. Es wird eine Vielzahl von Filamentmaterialien extrudiert, darunter Thermoplaste wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymilchsäure (PLA), Polyethylenterephthalat-Glykol (PETG), Polyethylenterephtathalat (PET), hochschlagfestes Polystyrol (HIPS), thermoplastisches Polyurethan (TPU) und aliphatische Polyamide (Nylon).
Im Rahmen dieser Schrift werden die Begriffe „erstellen“, „berechnen“, „rechnen“, „feststellen“, „generieren“, „konfigurieren“, „modifizieren“, „transformieren“ und dergleichen wenn nicht anders angegeben synonym verwendet und bezeichnen vorzugsweise Handlungen und/oder Prozesse und/oder Verarbeitungsschritte, die Daten verändern und/oder erzeugen und/oder die Daten in andere Daten überführen, wobei die Daten insbesondere als physikalische Größen dargestellt werden oder vorliegen können, zum Beispiel als elektrische Impulse.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer Baustruktur erfolgt computergestützt, wobei der Begriff „computergestützt“ z.B. in dieser Schrift derart verwendet wird, dass ein Computer oder mehrere Computer mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt oder ausführen. Computer können z.B. Personal Computer, Server, Handheld-Computer-Systeme, Pocket-PC-Geräte, Mobilfunkgeräte und andere Kommunikationsgeräte sein, die rechnergestützt Daten verarbeiten können, sowie Prozessoren und andere elektronische Geräte zur Datenverarbeitung, die auch zu einem Netzwerk zusammengeschlossen sein können.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Baustruktur von der zweiten Baustruktur verschieden. In einer weiteren Gestaltung der Erfindung umfasst die erste Baustruktur das Bauteil und eine erste Supportstruktur, die zweite Baustruktur umfasst das Bauteil und eine zweite Supportstruktur, wobei die erste Supportstruktur von der zweiten Supportstruktur verschieden ist. Die beiden Baustrukturen weisen bevorzugt das gleiche Bauteil, aber unterschiedliche Supportstrukturen auf. Mittels der ersten und der zweiten Verfahrensanweisung ist also ein und dasselbe Bauteil herstellbar, wobei die zweite Verfahrensanweisung auf Grundlage der ersten Verfahrensanweisung erstellt wird.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die erste Verfahrensanweisung mit einer ersten Methode erstellt, die zweite Verfahrensanweisung wird mit einer zweiten Methode erstellt, wobei die erste Methode von der zweiten Methode verschieden ist. Eine Methode im Sinne der Erfindung ist eine systematische und zielgerichtete Vorgehensweise zur Erstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer Baustruktur mittels formalisierter Abläufe. Die formalisierten Abläufe werden z.B. in einem Computerprogramm festgelegt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Methode zur Erstellung der ersten Verfahrensanweisung die Verwendung einer ersten Software und die zweite Methode umfasst zur Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung die Verwendung einer zweiten Software, wobei die erste Software zur zweiten Software unterschiedlich ist. In einer Weiterbildung der Erfindung wird die erste Verfahrensanweisung mit einem ersten Softwareprogramm erstellt, die zweite Verfahrensanweisung wird mit einem zweiten Softwareprogramm erstellt, wobei das erste Softwareprogramm von dem zweiten Softwareprogramm verschieden ist. Die formalisierten Abläufe der beiden unterschiedlichen Methoden werden mittels unterschiedlicher Software realisiert und abgearbeitet. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das durch die erste Software ausgeführte Verfahren unterschiedlich zum durch die zweite Software ausgeführten Verfahren. Die zweite Software verwendet zur Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung einen ML- und/oder Al-Algorithmus, der unterschiedlich ist zur ersten Software zur Erstellung der ersten Verfahrensanweisung. Die erste Software verwendet optional keinen ML- und/oder Al-Algorithmus.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die erste Verfahrensanweisung mit Hilfe eines ersten Datensatzes erstellt. Der erste Datensatz weist Maschinendaten des Additiv-Fertigers, für den die erste Verfahrensanweisung erstellt werden soll, sowie Bauteildaten, Simulationsdaten der Temperaturverteilung in der Baustruktur während des Herstellungsprozesses und/oder Experimentaldaten auf.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die zweite Verfahrensanweisung mit Hilfe eines zweiten Datensatzes erstellt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Datensatz von dem zweiten Datensatz verschieden. Bevorzugt weist der zweite Datensatz Erfahrungsdaten auf. Die Erfahrungsdaten weisen Daten auf, die mittels eines oder mehrerer vorhergehender additiven Fertigungsprozesse von Bauteilen bzw. Baustrukturen sowie den für jedes Bauteil spezifischen Verfahrensanweisungen erfasst und erstellt wurden. Die Erfahrungsdaten umfassen Maschinendaten des Additiv-Fertigers, für den die zweite Verfahrensanweisung erstellt werden soll, sowie Bauteildaten, Simulationsdaten der Temperaturverteilung in der Baustruktur während des Herstellungsprozesses und/oder Experimentaldaten.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung umfasst der zweite Datensatz Experimentaldaten, Bauteildaten, Erfahrungsdaten und/oder Maschinendaten. In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der zweite Datensatz Experimentaldaten, Bauteildaten, Erfahrungsdaten und/oder Maschinendaten aus unterschiedlichen additiven Fertigungsverfahren. In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der zweite Datensatz Experimentaldaten, Bauteildaten, Erfahrungsdaten und/oder Maschinendaten von unterschiedlichen Additiv-Fertigern.
Die Maschinendaten umfassen die möglichen Prozessparameter des Additiv-Fertigers, die möglichen Verfahrgeschwindigkeiten, die möglichen Verfahrwege des Bauteils zum Additiv-Fertiger umfassen. Maschinendaten sind für unterschiedliche Additiv-Fertiger unterschiedlich und werden daher für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung herangezogen. Gleichzeitig ist es möglich, zweite Verfahrensanweisungen für unterschiedliche Additiv-Fertiger zu erstellen, das erfindungsgemäße Verfahren kann daher für unterschiedliche Additiv-Fertiger angewendet werden.
Die Bauteildaten umfassen die Geometrie der Baustruktur, die Geometrie des Bauteils und/oder Materialdaten umfassen, und wobei die Materialdaten die Phasen, die Konzentration der Phasen, die Mikrostruktur, die mechanischen Kennwerte, die Schmelztemperatur und/oder die Siedetemperatur umfassen. Eine herzustellende Baustruktur beinhaltet oft dünnwandige oder überhängende Strukturen. In diesen Bereichen stellt der Körper lokal eine wesentlich kleinere thermische Kapazität zur Verfügung, so dass die Struktur unter der Verwendung von Standard-Prozessparametern lokal überhitzen kann. Dieses führt zum Beispiel zu unerwünscht großen Schmelzbädern, die durch die Bildung großer Schmelzperlen den Herstellungsprozess behindern. Für alle möglichen Kombinationen aus Prozess- und Materialparametern müssen entsprechende Daten in der Datenbank abgespeichert sein. Im individuellen Anwendungsfall sind die geeigneten Daten aus der Datenbank abzurufen und im Rahmen einer Berechnung der Temperaturentwicklung zu berücksichtigen.
Die Simulationsdaten umfassen berechnete Daten, die auf Grundlage eines Models und ein- oder vorgegebener Parameter ermittelt wurden. Die Simulationsdaten beinhalten Daten über eine Baustruktur, bei der die Schrumpfung und die Ausbildung von Gefügespannungen bei der Formgebung berücksichtigt sind, indem eine mittels des Simulationsverfahrens modifizierte Geometrie der Baustruktur hergestellt wird, die aufgrund der Spannungen und Schrumpfungen die gewünschte Geometrie der Baustruktur annimmt.
Die Experimentaldaten umfassen experimentell ermittelte Daten. Die Experimentaldaten umfassen Daten einer Baustruktur, die in-situ in Echtzeit und/oder in vorhergehenden Herstellungsprozessen erstellt wurden. Mit den Experimentaldaten kann die Erstellung der zweite Verfahrensanweisung Daten beinhalten, die aufgrund realer, nicht simulierter Herstellungsprozessen erfasst werden.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der zweite Datensatz für einen ML/AI-Algorithmus verwendet. In einer Weiterbildung der Erfindung wird die zweite Verfahrensanweisung mit Hilfe eines ML/AI-Algorithmus erstellt. Die möglichen zur Anwendung kommenden ML- und/oder Al-Algorithmen werden in den folgenden Absätzen beschrieben.
Random Forest Regression ist eine maschinelle Lernmethode des Ensemble-Lernens. Ein Ensemble von mehreren Entscheidungsbäumen wird kombiniert und so zur Regression genutzt. Dabei handelt es sich um überwachtes Lernen.
Gradient boosted trees ist ein weiteres Ensemble Lernen, das für Regression und Klassifizierung angewandt werden kann. Es wird dem überwachten Lernen zugeordnet.
Deep Learning (deutsch: mehrschichtiges Lernen, tiefes Lernen oder tiefgehendes Lernen) bezeichnet eine Methode des maschinellen Lernens. Die meisten Deep-Learning-Algorithmen sind tiefe neuronale Netze (Deep Neural Networks, kurz DNNs). Sie bestehen aus vielen Schichten linearer und nichtlinearer Verarbeitungseinheiten, den künstlichen Neuronen. Je mehr Neuronen und Schichten ein neuronales Netz umfasst, desto komplexere Sachverhalte können dargestellt werden.
Eine andere Art von Deep-Learning-Algorithmen sind die Entscheidungsbäume (Random Decision Forests, kurz RDFs). Sie bestehen ebenfalls aus vielen Schichten, aber anstelle von neuronalen Strukturen werden die RDF aus Entscheidungsbäumen konstruiert und geben einen statistischen Durchschnitt (Modus oder Mittelwert) der Vorhersagen der einzelnen Bäume aus.
Überall dort, wo große Datenmengen nach Mustern und Trends untersucht werden, kommt Deep Learning zum Einsatz. Im Rahmen von KI passiert das beispielsweise in folgenden Bereichen: Gesichts-, Objekt- oder Spracherkennung.
Ein Convolutional Neural Network (CNN oder ConvNet), zu Deutsch etwa „faltendes neuronales Netzwerk“, ist ein künstliches neuronales Netz. Es handelt sich um ein von biologischen Prozessen inspiriertes Konzept im Bereich des maschinellen Lernens. Convolutional Neural Networks finden Anwendung in zahlreichen Technologien der künstlichen Intelligenz, vornehmlich bei der maschinellen Verarbeitung von Bild- oder Audiodaten.
Als rekurrente bzw. rückgekoppelte neuronale Netze bezeichnet man neuronale Netze, die sich im Gegensatz zu den Feedforward-Netzen durch Verbindungen von Neuronen einer Schicht zu Neuronen derselben oder einer vorangegangenen Schicht auszeichnen. Im Gehirn ist dies die bevorzugte Verschaltungsweise neuronaler Netze, insbesondere im Neocortex. In künstlichen neuronalen Netzen wird die rekurrente Verschaltung von Modellneuronen benutzt, um zeitlich codierte Informationen in den Daten zu entdecken. Beispiele für solche rekurrenten neuronalen Netze sind das Elman-Netz, das Jordan-Netz, das Hopfield-Netz sowie das vollständig verschaltete neuronale Netz.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Daten der ersten Verfahrensanweisung zur zweiten Computereinheit transferiert. wobei die Daten der ersten Verfahrensanweisung die Baustrukturgeometrie, die Bauteilgeometrie, den Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren und/oder die Prozessparameter der Strahlquelle und/oder die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur umfassen. Die erste Verfahrensanweisung stellt grundlegende Daten und Verfahrensparameter zur additiven Herstellung einer Baustruktur bereit, die Grundlage zur Erstellung einer zweiten Verfahrensanweisung ist. Mittels der zweiten Verfahrensanweisung ist eine Baustruktur herstellbar, die während des Herstellungsprozesses in besonders gefährdeten Bereichen nicht überhitzt und im abgekühlten und nachbearbeiteten Zustand eine geringere Eigenspannungsverteilung aufweist, was z.B. bei der Herstellung von Turbinenschaufeln relevant ist.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur vom Material der Baustruktur abhängig. Unterschiedliche Materialien der Baustruktur weisen unterschiedliche Materialeigenschaften auf, wie z.B. Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, Schmelztemperatur, Reflektionskoeffizient des verwendeten Pulvers. Weitere Materialeigenschaften sind z.B. die Materialsteifigkeit, Materialstärke, Materialermüdung, Materialbruchdehnung, Materialelastizitätsmodul, Materialkompressionsmodul, Materialschubmodul. Ein herzustellendes Bauteil weist oft dünnwandige oder überhängende Strukturen auf. In diesen Bereichen stellt der Körper der Baustruktur lokal eine wesentlich kleinere thermische Kapazität zur Verfügung, so dass die Baustruktur unter der Verwendung von Standard-Verfahrensparametern lokal überhitzen kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Daten der ersten Verfahrensanweisung über ein öffentliches Netzwerk zur zweiten Computereinheit transferiert. Auf das öffentliche Netzwerk haben Nutzer Zugang. Die Nutzer können eigene erstellte Verfahrensanweisungen auf das öffentliche Netzwerk transferieren und/oder von dem öffentlichen Netzwerk auf dem öffentlichen Netzwerk gespeicherte Verfahrensanweisungen herunterladen. Dabei können die vom Nutzer erstellten Verfahrensanweisungen auch unterschiedliche Dateiformate aufweisen.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die Daten der zweiten Verfahrensanweisung an die erste Computereinheit transferiert. In einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Daten der zweiten Verfahrensanweisung über ein öffentliches Netzwerk zur ersten Computereinheit transferiert. Von der ersten Computereinheit werden die Daten der zweiten Verfahrensanweisung optional an den additiven Fertiger gesendet und die Baustruktur mittels der zweiten Verfahrensanweisung additiv gefertigt.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist die zweite Computereinheit dafür geeignet, erste Verfahrensanweisungen in unterschiedlichen Datenformaten einzulesen. Die von Nutzern auf das öffentliche Netzwerk transferierten Verfahrensanweisungen können unterschiedliche Dateiformate aufweisen, die von der zweiten Computereinheit eingelesen und für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung herangezogen werden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die zweite Computereinheit dafür geeignet, zweite Verfahrensanweisungen in unterschiedlichen Datenformaten zu erstellen. Die zweite Verfahrensanweisung kann auch von additiven Fertigern unterschiedlicher Bauart eingelesen und zur Herstellung einer Baustruktur herangezogen werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die erste Verfahrensanweisung den Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren, die Prozessparameter der Strahlquelle und/oder die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur.
Als Verfahrensparameter sind alle den Herstellungsprozess mittels additiver Fertigung beeinflussenden Größen zu verstehen. Als Prozessparameter sind alle den Prozess beeinflussenden Größen zu verstehen. Der additive Fertiger benötigt Prozessparameter zum Herstellen des Bauteils, z.B. die Höhe der herzustellenden Lagen, die Ausrichtung der Vektoren, also Richtung und Länge des Weges, welchen das Werkzeug auf der Oberfläche des herzustellenden Bauteils beschreibt. Das erfindungsgemäße Verfahren erstellt eine erste Verfahrensanweisung und eine zweite Verfahrensanweisung für ein bestimmtes Material, welches zur Verarbeitung durch additives Fertigen vorgesehen ist. Die verwendeten Prozessparameter hängen von dem zur Herstellung des Bauteils additiven Fertiger ab.
Der Werkzeugpfad weist üblicherweise eine Mehrzahl von aneinander gereihten Vektoren auf, die durch den additiven Fertiger abgefahren werden. Die Verfahrensanweisungen definieren damit eine Prozessführung, die durch den additiven Fertiger zum additiven Herstellen abgearbeitet wird.
Die Wärmeabfuhr in der Baustruktur erfolgt umso langsamer, je wärmer die bereits hergestellte Baustruktur ist. Die Vektorlänge beeinflusst die Temperaturentwicklung insofern, dass die wiederholte Erwärmung von benachbarten Punkten aufgrund der parallelen Lage nacheinander belichteter Vektoren zeitlich länger auseinanderliegt. Ein wichtiger Einflussfaktor ist außerdem die Masseverteilung um die Vektoren, da diese den Wärmeabfluss und damit die Gefahr einer Überhitzung direkt beeinflusst.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung umfassen die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur die Leistung des Energiestrahls, die Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren, die Pausenzeiten zwischen den Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren, die Verfahrgeschwindigkeit des Energiestrahls, den Hatch-Abstand zwischen den Vektoren, die Vektorreihenfolge, die Vektorlänge und/oder die Vektorausrichtung. Auf diesem Wege lässt sich daher eine Überhitzung in gefährdeten Bereichen des Bauteils verhindern. Als Verfahrensparameter sind alle den Herstellungsprozess mittels additiver Fertigung beeinflussenden Größen zu verstehen.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung werden für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung Daten aus der ersten Verfahrensanweisung eingelesen und/oder eingegeben, wobei die Daten aus der ersten Verfahrensanweisung die Baustrukturgeometrie, die Bauteilgeometrie, den Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren und/oder die Prozessparameter der Strahlquelle und/oder die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur umfassen. Die erste Verfahrensanweisung stellt grundlegende Daten und Verfahrensparameter zur additiven Herstellung einer Baustruktur bereit, die Grundlage zur Erstellung einer zweiten Verfahrensanweisung ist. Mittels der zweiten Verfahrensanweisung ist eine Baustruktur herstellbar, die während des Herstellungsprozesses in besonders gefährdeten Bereichen nicht überhitzt und im abgekühlten und nachbearbeiteten Zustand eine geringere Eigenspannungsverteilung aufweist, was z.B. bei der Herstellung von Turbinenschaufeln relevant ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung Maschinendaten des Additiv-Fertigers eingelesen und/oder eingegeben und/oder für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung verwendet, wobei die Maschinendaten die möglichen Prozessparameter des Additiv-Fertigers, die möglichen Verfahrgeschwindigkeiten, die möglichen Verfahrwege des Bauteils zum Additiv-Fertiger umfassen. Maschinendaten sind für unterschiedliche Additiv-Fertiger unterschiedlich und werden daher für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung herangezogen. Gleichzeitig ist es möglich, zweite Verfahrensanweisungen für unterschiedliche Additiv-Fertiger zu erstellen, das erfindungsgemäße Verfahren kann daher für unterschiedliche Additiv-Fertiger angewendet werden.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung die Bauteildaten eingelesen und/oder eingegeben und/oder für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung verwendet, wobei die Bauteildaten die Geometrie der Baustruktur, die Geometrie des Bauteils und/oder Materialdaten umfassen, und wobei die Materialdaten die Phasen und die Konzentration der Phasen bei gegebenem Temperaturverlauf, die Mikrostruktur, die mechanischen Kennwerte, die Schmelztemperatur und/oder die Siedetemperatur umfassen. Eine herzustellende Baustruktur beinhaltet oft dünnwandige oder überhängende Strukturen. In diesen Bereichen stellt der Körper lokal eine wesentlich kleinere thermische Kapazität zur Verfügung, so dass die Struktur unter der Verwendung von Standard-Prozessparametern lokal überhitzen kann. Dieses führt zum Beispiel zu unerwünscht großen Schmelzbädern, die durch die Bildung großer Schmelzperlen den Herstellungsprozess behindern. Für alle möglichen Kombinationen aus Prozess- und Materialparametern müssen entsprechende Daten in der Datenbank abgespeichert sein. Im individuellen Anwendungsfall sind die geeigneten Daten aus der Datenbank abzurufen und im Rahmen einer Berechnung der Temperaturentwicklung zu berücksichtigen.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung Simulationsdaten eingelesen und/oder eingegeben und/oder für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung verwendet, wobei die Simulationsdaten berechnete Daten umfassen, die auf Grundlage eines Models und ein- oder vorgegebener Parameter ermittelt wurden. Die Simulationsdaten beinhalten Daten über eine Baustruktur, bei der die Schrumpfung und die Ausbildung von Gefügespannungen bei der Formgebung berücksichtigt sind, indem eine mittels des Simulationsverfahrens modifizierte Geometrie der Baustruktur hergestellt wird, die aufgrund der Spannungen und Schrumpfungen die gewünschte Geometrie der Baustruktur annimmt.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung Experimentaldaten eingelesen und/oder eingegeben und/oder für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung verwendet, wobei die Experimentaldaten experimentell ermittelte Daten umfassen. Die Experimentaldaten umfassen Daten einer Baustruktur, die in-situ in Echtzeit und/oder in vorhergehenden Herstellungsprozessen erstellt wurden. Mit den Experimentaldaten kann die Erstellung der zweite Verfahrensanweisung Daten beinhalten, die aufgrund realer, nicht simulierter Herstellungsprozessen erfasst werden.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung werden für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung Verfahrensparameter der zweiten Verfahrensanweisung mithilfe eines ML- und/oder Al-Algorithmus ermittelt. Der ML- und/oder Al-Algorithmus kann unterschiedliche Verfahren zur Ermittlung der Verfahrensparameter nutzen.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung verwendet der ML- und/oder Al-Algorithmus zur Ermittlung der Verfahrensparameter der zweiten Verfahrensanweisung Erfahrungsdaten, wobei die Erfahrungsdaten Maschinendaten, Bauteildaten, Simulationsdaten und/oder Experimentaldaten umfassen. Die Erfahrungsdaten weisen Daten auf, die mittels eines oder mehrerer vorhergehender additiven Fertigungsprozesse von Bauteilen bzw. Baustrukturen sowie den für jedes Bauteil spezifischen Verfahrensanweisungen erfasst und erstellt wurden. Diese Daten sind in einer Datenbank abgespeichert. Im individuellen Anwendungsfall sind die geeigneten Daten aus der Datenbank abzurufen und im Rahmen einer Berechnung der Temperaturentwicklung mittels eines ML- und/oder Al-Algorithmus heranzuziehen.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die Erfahrungsdaten Maschinendaten von unterschiedlichen Additiv-Fertigern. In einer weiteren Ausführung der Erfindung umfassen die unterschiedlichen Additiv-Fertiger Additiv-Fertiger unterschiedlicher Bauart. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verwenden die unterschiedlichen Additiv-Fertiger unterschiedliche CAM-Verfahren zur Fertigung eines Bauteils. Die Maschinendaten umfassen die möglichen Prozessparameter des Additiv-Fertigers, die möglichen Verfahrgeschwindigkeiten, die möglichen Verfahrwege des Bauteils zum Additiv-Fertiger umfassen. Maschinendaten sind für unterschiedliche Additiv-Fertiger unterschiedlich und werden daher für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung herangezogen. Gleichzeitig ist es möglich, zweite Verfahrensanweisungen für unterschiedliche Additiv-Fertiger zu erstellen, das erfindungsgemäße Verfahren kann daher für unterschiedliche Additiv-Fertiger angewendet werden.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung umfassen die Erfahrungsdaten Daten aus unterschiedlichen CAM-Verfahren, wobei CAM-Verfahren Laser und /oder Elektronenstrahl Powder Bed Fusion, Direct Energy Deposition (DED) Binder Jetting, Fused Filament Fabrication (FFF), Schmelzfilamentdruck und/oder andere nicht abrasive Verfahren der rechnergestützten Fertigung umfassen, die sich auf einen Werkzeugpfad mit diesem zugewiesenen Prozessparametern stützen. Für die Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung werden derartige Erfahrungsdaten herangezogen, eine derartige zweite Verfahrensanweisung kann daher für unterschiedliche CAM-Verfahren verwendet werden.
In einer vorteilhaften Gestaltung der Erfindung umfasst die zweite Verfahrensanweisung gegenüber der ersten Verfahrensanweisung veränderte Werte der Leistung des Energiestrahls, der Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren, der Pausenzeiten zwischen den Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren der Verfahrgeschwindigkeit des Energiestrahls, der Vergrößerung des Hatch-Abstandes zwischen den Vektoren, der Vektorreihenfolge, der Vektorlänge, und/oder der Vektorausrichtung. Mittels der zweiten Verfahrensanweisung ist eine Baustruktur herstellbar, die während des Herstellungsprozesses in besonders gefährdeten Bereichen nicht überhitzt und im abgekühlten und nachbearbeiteten Zustand eine geringere Eigenspannungsverteilung aufweist. Die zu fertigende Baustruktur ist daher geschützter vor lokaler Überhitzung.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die nach der zweiten Verfahrensanweisung gefertigte Baustruktur und/oder das nach der zweiten Verfahrensanweisung gefertigte Bauteil eine gegenüber einem nach der ersten Verfahrensanweisung gefertigten Baustruktur und/oder einem nach der ersten Verfahrensanweisung gefertigten Bauteil veränderte mechanische Kennwerte auf. In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfassen die mechanischen Kennwerte die Eigenspannungsverteilung in der Baustruktur und/oder dem Bauteil. Vorteilhafterweise weist das nach der zweiten Verfahrensanweisung gefertigte Bauteil eine minimierte Eigenspannungsverteilung auf. Die mechanischen Kennwerte des Bauteils sind gegenüber bisher bekannten Verfahren wesentlich verbessert. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden lokale Überhitzungen vermieden, die Qualität des endgefertigten Produktes erhöht und die Ausbeute der Fertigung erhöht, indem weniger Ausschuss produziert wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird während des Fertigungsprozesses in dem nach der zweiten Verfahrensanweisung gefertigte Baustruktur und/oder in dem nach der zweiten Verfahrensanweisung gefertigte Bauteil eine gegenüber einem nach der ersten Verfahrensanweisung gefertigten Baustruktur und/oder einem nach der ersten Verfahrensanweisung gefertigten Bauteil veränderte Eigenspannungsverteilung erzeugt. Vorteilhafterweise weist das nach der zweiten Verfahrensanweisung gefertigte Bauteil eine minimierte Eigenspannungsverteilung auf. Die mechanischen Kennwerte des Bauteils sind gegenüber bisher bekannten Verfahren wesentlich verbessert. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden lokale Überhitzungen vermieden, die Qualität des endgefertigten Produktes erhöht und die Ausbeute der Fertigung erhöht, indem weniger Ausschuss produziert wird.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die nach der zweiten Verfahrensanweisung gefertigte Baustruktur eine gegenüber einem nach der ersten Verfahrensanweisung gefertigten Baustruktur veränderte Geometrie auf. Eine Geometrie im Sinne der Erfindung ist eine räumliche Anordnung und umfasst Eigenschaften wie Winkel, Dicke und Struktur der Baustruktur. In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die veränderte Geometrie die Geometrie des Bauteils. In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die veränderte Geometrie die Geometrie der Supportstruktur. Bevorzugt weist die nach der zweiten Verfahrensanweisung gefertigte Baustruktur eine gegenüber einem nach der ersten Verfahrensanweisung gefertigten Baustruktur eine in der Geometrie derart veränderte Supportstruktur auf, dass die Supportstruktur unterschiedliche Ansatzpunkte an dem Bauteil aufweist, sodass die Eigenspannungsverteilung im gefertigten Bauteil verändert ist.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung greift die erste Methode zur Erstellung der ersten Verfahrensanweisung auf einen ersten Satz Erfahrungsdaten zu und die zweite Methode greift zur Erstellung der zweiten Verfahrensanweisung auf einen zweiten Satz Erfahrungsdaten zu, wobei der erste Satz Erfahrungsdaten zum zweiten Satz Erfahrungsdaten unterschiedlich ist. Der erste Satz Erfahrungsdaten weist Daten auf, die mittels eines oder mehrerer vorhergehender additiven Fertigungsprozesse von Bauteilen bzw. Baustrukturen sowie den für jedes Bauteil spezifischen Verfahrensanweisungen erfasst und erstellt wurden. Die Erfahrungsdaten umfassen Maschinendaten des Additiv-Fertigers, für den die erste Verfahrensanweisung erstellt werden soll, sowie Bauteildaten, Simulationsdaten der Temperaturverteilung in der Baustruktur während des Herstellungsprozesses und/oder Experimentaldaten. Der zweite Satz Erfahrungsdaten weist zur Ermittlung der Verfahrensparameter der zweiten Verfahrensanweisung die Maschinendaten des Additiv-Fertigers, Bauteildaten, Simulationsdaten und/oder Experimentaldaten auf.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Satz Erfahrungsdaten auf einer ersten Speichereinrichtung und der zweite Satz Erfahrungsdaten auf einer zweiten Speichereinrichtung gespeichert, wobei die erste Speichereinrichtung zur zweiten Speichereinrichtung unterschiedlich ist. Unter einer Speichereinrichtung wird im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein computerlesbarer Speicher in Form eines Arbeitsspeichers (engl. Random-Access Memory, RAM) oder eine Festplatte verstanden. Möglich ist ebenfalls ein Cloud-Speicher.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung umfasst die additive Fertigung eines Bauteils CAM-Verfahren, wobei CAM-Verfahren Laser und /oder Elektronenstrahl Powder Bed Fusion, Direct Energy Deposition (DED) Binder Jetting, Fused Filament Fabrication (FFF), Schmelzfilamentdruck und/oder andere nicht abrasive Verfahren der rechnergestützten Fertigung umfassen, die sich auf einen Werkzeugpfad mit diesem zugewiesenen Prozessparametern stützen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung einer Verfahrensanweisung und die erstellte Verfahrensanweisung kann daher für unterschiedliche CAM-Verfahren verwendet werden.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung eines Bauteils sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1: Verfahren aus dem Stand der Technik zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung
2: Erfindungsgemäßes Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, zwei unterschiedliche Computereinheiten
3: Erfindungsgemäßes Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, getrennte Computereinheiten und getrennte Software
4: Erfindungsgemäßes Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, zwei unterschiedliche Computereinheiten
5: Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, getrennte Computereinheiten
6: Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, getrennte Computereinheiten und öffentliches Netzwerk
7: Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, getrennte Computereinheiten und getrennte Software
8: Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, getrennte Computereinheiten und getrennte Software mit öffentlichem Netzwerk

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Ausgangspunkt für die Durchführung einer additiven Fertigung ist eine Beschreibung des Werkstücks mittels eines Datensatzes. Mittels einer Software zur 3D-Modellierung (z.B. ein CAD-Programm) wird der Datensatz für die Baustruktur des herzustellenden Bauteils erstellt CAD. Der Datensatz enthält die dreidimensionalen Daten für eine Aufbereitung zwecks Herstellung durch das additive Fertigungsverfahren.
Im Anschluss daran erfolgt eine Vorverarbeitung 110 auf der Bauplattform dahingehend, dass der Datensatz ein Volumenmodell des herzustellenden Bauteils umfasst und in eine andere Form exportiert wird, die die in sich geschlossene Oberflächengeometrie des Objekts darstellt. Aus dem Datensatz wird ein Fertigungsdatensatz erzeugt, welcher eine zum additiven Herstellen geeignete Aufbereitung der Geometrie des Werkstücks in Lagen oder Scheiben (sog. Slices) enthält. Diese Transformation der Daten wird als Slicen 120 bezeichnet.
Außerdem benötigt der Additiv-Fertiger weitere Prozessparameter und Werkzeugpfade zum Herstellen, z.B. die Höhe der herzustellenden Lagen, die Ausrichtung der Schreibvektoren, also Richtung und Länge des Weges. Diese Verfahrensanweisung wird im folgenden Verfahrensschritt generiert 130 und an den Additiv-Fertiger gesendet 300a/b.
Im eigentlichen Fertigungsprozess M wird die mittels CAD-Verfahren CAD beschriebene Baustruktur in dem Additiv-Fertiger mittels CAM-Verfahren Lage für Lage additiv hergestellt.
2 und 3 zeigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die erste Verfahrensanweisung wird auf einer ersten Computereinheit COMP1 und die zweite Verfahrensanweisung auf einer zweiten Computereinheit COMP2 erstellt (2). Außerdem wird die erste Verfahrensanweisung auf einer ersten Computereinheit COMP1 mittels einer ersten Methode PROG1 erstellt 100, die zweite Verfahrensanweisung wird auf einer zweiten Computereinheit COMP2 mittels einer zweiten Methode PROG2 erstellt 200 (3).
Die erste Computereinheit COMP1 umfasst die erste Speichereinrichtung DB1, die zweite Computereinheit COMP2 umfasst die zweite Speichereinrichtung DB2. Dabei sind jeweils die erste Methode PROG1 unterschiedlich zur zweiten Methode PROG2, die erste Computereinheit COMP1 unterschiedlich zur zweiten Computereinheit COMP2 und die erste Speichereinrichtung DB1 unterschiedlich zur zweiten Speichereinrichtung DB2.
Zuerst erfolgt ebenfalls eine 3D-Modellierung des Werkstücks mittels eines Datensatzes, der mittels eines CAD-Programms erstellt CAD wird. Im Anschluss daran erfolgt mittels der ersten Methode PROG1 eine Vorverarbeitung 110 auf der Bauplattform, nachgefolgt vom Slicing 120. Im folgenden Verfahrensschritt wird ebenfalls mittels der ersten Methode PROG1 auf der ersten Computereinheit COMP1 eine erste Verfahrensanweisung generiert 100, wobei die Daten der ersten Verfahrensanweisung die Baustrukturgeometrie, die Bauteilgeometrie sowie die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur umfasst. Diese Daten und Verfahrensparameter sind vom Material der Baustruktur und von dem CAM-Verfahren abhängig, das der Additiv-Fertiger zur Herstellung M der Baustruktur bzw. des Bauteils nutzt.
Dazu greift 140 die erste Methode PROG1 auf einen ersten Satz Erfahrungsdaten zu, der auf einer ersten Speichereinrichtung DB1 gespeichert ist. Der erste Satz Erfahrungsdaten weist Daten auf, die mittels eines oder mehrerer vorhergehender additiven Fertigungsprozesse von Bauteilen bzw. Baustrukturen sowie den für jedes Bauteil spezifischen Verfahrensanweisungen erfasst und erstellt wurden. Die Erfahrungsdaten umfassen Maschinendaten des Additiv-Fertigers, für den die erste Verfahrensanweisung erstellt werden soll, sowie Bauteildaten, Simulationsdaten der Temperaturverteilung in der Baustruktur während des Herstellungsprozesses und/oder Experimentaldaten.
Die mittels der ersten Methode PROG1 erstellten Daten und Verfahrensparameter der ersten Verfahrensanweisung werden zur Erstellung 200 auf der zweiten Computereinheit COMP2 der zweiten Verfahrensanweisung durch die zweite Methode PROG2 eingelesen. Maschinendaten des Additiv-Fertigers, Bauteildaten, Simulationsdaten und Experimentaldaten sind auf einer zweiten Speichereinrichtung DB2 gespeichert und werden zur Erstellung 200 der zweiten Verfahrensanweisung von dieser geladen.
Die zweite Verfahrensanweisung enthält Verfahrensparameter, die ebenfalls mittels eines ML-Algorithmus ermittelt werden. Der ML-Algorithmus verwendet zur Ermittlung der Verfahrensparameter der zweiten Verfahrensanweisung Erfahrungsdaten, wobei die Erfahrungsdaten die Maschinendaten des Additiv-Fertigers, Bauteildaten, Simulationsdaten und/oder Experimentaldaten umfassen, die auf der zweiten Speichereinrichtung DB2 gespeichert sind.
In diesem und allen weiteren Ausführungsbeispielen wird ein ML- und/oder Al-Algorithmus zur Erstellung 200 der zweiten Verfahrensanweisung verwendet, der Reinforcement Learning einsetzt. Bestärkendes Lernen oder verstärkendes Lernen (englisch Reinforcement Learning, RL) steht für eine Reihe von Methoden des maschinellen Lernens, bei denen ein Agent selbstständig eine Strategie erlernt, um erhaltene Belohnungen zu maximieren. Dabei wird dem Agenten nicht vorgezeigt, welche Aktion in welcher Situation die beste ist, sondern er erhält durch die Interaktion mit seiner Umwelt zu bestimmten Zeitpunkten eine Belohnung, die auch negativ sein kann. Weitere Möglichkeiten sind die Verwendung eines ML- und/oder Al-Algorithmus, der überwachtes Lernen oder unüberwachtes Lernen oder Zwischenstufen von überwachtem Lernen oder unüberwachtem Lernen einsetzt. Weiterhin kann auch Deep Learning eingesetzt werden.
Die zweite Verfahrensanweisung wird an den Additiv-Fertiger gesendet 300a/b, und die herzustellende Baustruktur wird mittels der zweiten Verfahrensanweisung additiv gefertigt M.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt 4. Hier wird die erste Verfahrensanweisung auf einer ersten Computereinheit COMP1 erstellt 100 sowie die zweite Verfahrensanweisung auf einer zweiten Computereinheit COMP2 erstellt 200.
Zuerst erfolgt auf der ersten Computereinheit COMP1 eine 3D-Modellierung des Werkstücks mittels eines Datensatzes, der mittels eines CAD-Programms erstellt CAD wird. Im Anschluss daran erfolgt wiederum eine Vorverarbeitung 110 auf der Bauplattform, nachgefolgt vom Slicing 120. Im folgenden Verfahrensschritt wird eine erste Verfahrensanweisung generiert 100, wobei die Daten der ersten Verfahrensanweisung die Baustrukturgeometrie, die Bauteilgeometrie sowie die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur umfasst.
Zur Erstellung 200 einer zweiten Verfahrensanweisung werden diese Daten der ersten Verfahrensanweisung von der zweiten Computereinheit COMP2 eingelesen 220 und für die Erstellung 200 der zweiten Verfahrensanweisung herangezogen. Die zweite Verfahrensanweisung wird an den Additiv-Fertiger gesendet 300a/b, und die herzustellende Baustruktur wird mittels der zweiten Verfahrensanweisung additiv gefertigt M.
5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele von Ablaufdiagrammen des erfindungsgemäßen Verfahrens 400. Erste und zweite Verfahrensanweisung werden auf getrennten und unterschiedlichen Computereinheiten COMP1, COMP2 erstellt 100, 200 (5).
Zuerst erfolgt eine 3D-Modellierung des Werkstücks mittels eines Datensatzes, der mittels eines CAD-Programms erstellt CAD wird. Das CAD-Programm wird in diesem und dem folgenden Ausführungsbeispiel auf einer von der ersten COMP1 und der zweiten Computereinheit COMP2 unterschiedlichen Computereinheit ausgeführt. Das CAD-Modell beinhaltet Daten zur Beschreibung der zu fertigenden Baustruktur. Die Daten werden in standardisierten Dateiformaten bereitgestellt, beispielsweise als STL-File (STL: Standard Tessellation Language) oder weitere implizite oder explizite Dateiformate. Diese CAD-Daten werden von der ersten Computereinheit COMP1 eingelesen.
Im Anschluss daran erfolgt wiederum eine Vorverarbeitung 110 auf der Bauplattform, nachgefolgt vom Slicing 120. Im folgenden Verfahrensschritt wird eine erste Verfahrensanweisung generiert 130, die Baustrukturgeometrie, die Bauteilgeometrie sowie die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur umfasst.
Aus einer ersten Datenbank DB1 werden dann von der ersten Computereinheit COMP1 ein erster Satz Erfahrungsdaten geladen 140, der auf einer ersten Speichereinrichtung DB1 gespeichert ist. Die erste Speichereinrichtung DB1 ist in diesem und dem folgenden Ausführungsbeispiel in der ersten Computereinheit COMP1 angeordnet. Der erste Satz Erfahrungsdaten weist Daten auf, die mittels eines oder mehrerer vorhergehender additiven Fertigungsprozesse von Bauteilen bzw. Baustrukturen sowie den für jedes Bauteil spezifischen Verfahrensanweisungen erfasst und erstellt wurden. Die Erfahrungsdaten umfassen Maschinendaten des Additiv-Fertigers, für den die erste Verfahrensanweisung erstellt werden soll. Mit diesen Erfahrungsdaten wird die erste Verfahrensanweisung erstellt 150, indem die Verfahrensparameter und Werkzeugpfade des Additiv-Fertigers generiert werden.
Die erste Verfahrensanweisung umfasst abhängig von der CAM-Methode des Additiv-Fertigers den Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren, die Prozessparameter der Strahlquelle und/oder die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur. Die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur umfassen die Leistung des Energiestrahls, die Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren, die Pausenzeiten zwischen den Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren, die Verfahrgeschwindigkeit des Energiestrahls, den Hatch-Abstand zwischen den Vektoren, die Vektorreihenfolge, die Vektorlänge und/oder die Vektorausrichtung. Die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur sind vom Material der Baustruktur abhängig.
Die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur, Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren sowie die Prozessparameter der Strahlquelle der ersten Verfahrensanweisung werden an ein öffentliches Netzwerk CL versendet 150 (6) und optional auf einer Speichereinheit des öffentlichen Netzwerks CL gespeichert. Auf das öffentliche Netzwerk CL haben Nutzer Zugang. Die Nutzer können eigene erstellte Verfahrensanweisungen auf das öffentliche Netzwerk CL transferieren und von dem öffentlichen Netzwerk CL auf dem öffentlichen Netzwerk CL gespeicherte Verfahrensanweisungen herunterladen. Dabei können die vom Nutzer erstellten Verfahrensanweisungen auch unterschiedliche Dateiformate aufweisen. Optional wird diese erste Verfahrensanweisung an einen Additiv-Fertiger versendet 300a/b und aufgrund der ersten Verfahrensanweisung die Baustruktur gefertigt M werden. Mittels der ersten Verfahrensanweisung ist also eine erste Baustruktur - also ein erstes Bauteil mit einer ersten Supportstruktur - herstellbar.
Vorteilhafterweise ist mittels der zweiten Verfahrensanweisung eine zweite Baustruktur herstellbar, die unterschiedlich ist zur ersten Baustruktur. Die mittels der zweiten Verfahrensanweisung herstellbare Baustruktur weist eine gegenüber einem nach der ersten Verfahrensanweisung gefertigten Baustruktur und/oder einem nach der ersten Verfahrensanweisung gefertigten Bauteil veränderte mechanische Kennwerte auf, wobei die mechanischen Kennwerte mittels der zweiten Verfahrensanweisung herstellbaren Baustruktur insbesondere einen geringerer Verzug und eine verbesserte Eigenspannungsverteilung gegenüber der mittels der ersten Verfahrensanweisung herstellbaren Baustruktur aufweist. Die mittels der zweiten Verfahrensanweisung herstellbaren Baustruktur weist daher gegenüber der mittels der ersten Verfahrensanweisung herstellbaren Baustruktur eine veränderte Geometrie insbesondere der Supportstruktur, ggf. auch des Bauteils auf.
Dazu werden die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur, Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren sowie die Prozessparameter der Strahlquelle der ersten Verfahrensanweisung von einer zweiten Computereinheit COMP2 eingelesen 220, wobei erste Computereinheit COMP1 und zweite Computereinheit COMP2 unterschiedlich zueinander und entfernt voneinander angeordnet sind. Die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur, Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren sowie die Prozessparameter der Strahlquelle der ersten Verfahrensanweisung werden eingelesen 220, nachdem sie von der ersten Computereinheit COMP1 an die zweite Computereinheit COMP2 versendet 150 wurden (5). In einer weiteren Ausführung werden die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur, Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren sowie die Prozessparameter der Strahlquelle der ersten Verfahrensanweisung eingelesen 220, nachdem sie von der ersten Computereinheit COMP1 an das öffentliche Netzwerk CL versendet wurden (6).
Die zweite Computereinheit COMP2 ist dafür geeignet, erste Verfahrensanweisungen in unterschiedlichen Datenformaten einzulesen 220 und ebenfalls dafür geeignet, zweite Verfahrensanweisungen in unterschiedlichen Datenformaten zu erstellen. Die von Nutzern auf das öffentliche Netzwerk CL transferierten Verfahrensanweisungen können unterschiedliche Dateiformate aufweisen, die von der zweiten Computereinheit COMP2 eingelesen 220 und für die Erstellung 200 der zweiten Verfahrensanweisung herangezogen wird. Zusätzlich werden Maschinendaten des Additiv-Fertigers, Bauteildaten, Simulationsdaten und Experimentaldaten eingelesen und/oder eingegeben 210, die auf einer zweiten Speichereinrichtung DB2 gespeichert sind.
Die zweite Verfahrensanweisung enthält Verfahrensparameter, die ebenfalls mittels eines ML-Algorithmus ermittelt 230 werden. Der ML-Algorithmus verwendet zur Ermittlung 230 der Verfahrensparameter der zweiten Verfahrensanweisung Erfahrungsdaten, wobei die Erfahrungsdaten die Maschinendaten des Additiv-Fertigers, Bauteildaten, Simulationsdaten und/oder Experimentaldaten umfassen, die auf der zweiten Speichereinrichtung DB2 gespeichert sind. Im Anschluss daran erfolgt eine Abfrage, ob aufgrund der mittels des ML-Algorithmus ermittelten Verfahrensparameter ein geringerer Verzug und insbesondere verbesserte Eigenspannungsverteilung in der herzustellenden Baustruktur erzielt wird.
Die mittels des ML-Algorithmus ermittelten Verfahrensparameter werden in weiteren Iterationen der Anwendung der zweiten Methode so lange als Startwert der Anwendung eines ML-Algorithmus angewendet, bis ein Minimum der Eigenspannungsverteilung in der herzustellenden Baustruktur ermittelt ist. Die zweite Verfahrensanweisung weist also Verfahrensparameter auf, mit denen eine Baustruktur mit minimierterm Verzug und verbesserter Eigenspannungsverteilung herstellbar ist. Die zweite Verfahrensanweisung wird an den Additiv-Fertiger gesendet 300a/b, und die herzustellende Baustruktur wird mittels der zweiten Verfahrensanweisung additiv gefertigt M.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens 400 wird eine Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer Baustruktur bereitgestellt, mit dem eine Baustruktur mittels unterschiedlicher CAM-Verfahren herstellbar ist. Die CAM-Verfahren umfassen Laser und/oder Elektronenstrahl Powder Bed Fusion, Direct Energy Deposition (DED) Binder Jetting und/oder andere nicht abrasive Verfahren der rechnergestützten Fertigung, die sich auf einen Werkzeugpfad mit diesem zugewiesenen Prozessparametern stützen.
7 und 8 zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele von Ablaufdiagrammen des erfindungsgemäßen Verfahrens 400. Die hier gezeigten Ausführungsbeispiele entsprechen den vorhergehenden Ausführungsbeispielen (s. 5, 6), lediglich die Verfahrensschritte Vorverarbeitung auf Bauplattform 110, Slicen 120 und Generierung der Prozessparameter und Werkzeugpfade 130 werden auf der ersten Computereinheit COMP1 mittels einer ersten Methode PROG1, also einem ersten Computerprogramm PROG1 ausgeführt. Auf der zweiten Computereinheit COMP2 werden die Verfahrensschritte Einlesen von Daten aus der ersten Verfahrensanweisung 220, Erstellen der zweiten Verfahrensanweisung unter Einbeziehung der Daten aus der ersten Verfahrensanweisung und Anwendung eines ML-Algorithmus 230 und Abfrage 240 mittels einer zweiten Methode PROG2, also einem zweiten Computerprogramm PROG2 ausgeführt. Dabei sind erstes PROG1 und zweites Computerprogramm unterschiedlich zueinander ausgeführt.
Zuerst erfolgt eine 3D-Modellierung des Werkstücks mittels eines Datensatzes, der mittels eines CAD-Programms erstellt CAD wird. Das CAD-Programm wird in diesem und dem folgenden Ausführungsbeispiel auf einer von der ersten COMP1 und der zweiten Computereinheit COMP2 unterschiedlichen Computereinheit ausgeführt. Das CAD-Modell beinhaltet Daten zur Beschreibung der zu fertigenden Baustruktur. Die Daten werden in standardisierten Dateiformaten bereitgestellt. Diese CAD-Daten werden von der ersten Computereinheit COMP1 eingelesen.
Im Anschluss daran erfolgt wiederum eine Vorverarbeitung 110 auf der Bauplattform, nachgefolgt vom Slicing 120. Im folgenden Verfahrensschritt wird eine erste Verfahrensanweisung generiert 130, die Baustrukturgeometrie, die Bauteilgeometrie sowie die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur umfasst. Diese genannten Verfahrensschritt werden mittels einer ersten Methode PROG1, also einem ersten Computerprogramm PROG1 auf der ersten Computereinheit COMP1 ausgeführt (7, 8).
Aus einer ersten Datenbank DB1 werden dann von der ersten Computereinheit COMP1 ein erster Satz Erfahrungsdaten geladen 140, der auf einer ersten Speichereinrichtung DB1 gespeichert ist. Die erste Speichereinrichtung DB1 ist in diesem und dem folgenden Ausführungsbeispiel in der ersten Computereinheit COMP1 angeordnet. Der erste Satz Erfahrungsdaten weist Daten auf, die mittels eines oder mehrerer vorhergehender additiven Fertigungsprozesse von Bauteilen bzw. Baustrukturen sowie den für jedes Bauteil spezifischen Verfahrensanweisungen erfasst und erstellt wurden. Die Erfahrungsdaten umfassen Maschinendaten des Additiv-Fertigers, für den die erste Verfahrensanweisung erstellt werden soll. Mit diesen Erfahrungsdaten wird die erste Verfahrensanweisung erstellt 150, indem die Verfahrensparameter und Werkzeugpfade des Additiv-Fertigers generiert werden.
Die erste Verfahrensanweisung umfasst abhängig von der CAM-Methode des Additiv-Fertigers den Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren, die Prozessparameter der Strahlquelle und/oder die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur. Die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur umfassen die Leistung des Energiestrahls, die Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren, die Pausenzeiten zwischen den Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren, die Verfahrgeschwindigkeit des Energiestrahls, den Hatch-Abstand zwischen den Vektoren, die Vektorreihenfolge, die Vektorlänge und/oder die Vektorausrichtung. Die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur sind vom Material der Baustruktur abhängig.
Die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur, Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren sowie die Prozessparameter der Strahlquelle der ersten Verfahrensanweisung werden an ein öffentliches Netzwerk CL versendet 150 (8) und optional auf einer Speichereinheit des öffentlichen Netzwerks CL gespeichert.
Optional wird diese erste Verfahrensanweisung an einen Additiv-Fertiger versendet 300a/b und aufgrund der ersten Verfahrensanweisung die Baustruktur gefertigt M werden. Mittels der ersten Verfahrensanweisung ist also eine erste Baustruktur - also ein erstes Bauteil mit einer ersten Supportstruktur - herstellbar.
Vorteilhafterweise ist mittels der zweiten Verfahrensanweisung eine zweite Baustruktur herstellbar, die unterschiedlich ist zur ersten Baustruktur. Die mittels der zweiten Verfahrensanweisung herstellbare Baustruktur weist eine gegenüber einem nach der ersten Verfahrensanweisung gefertigten Baustruktur und/oder einem nach der ersten Verfahrensanweisung gefertigten Bauteil veränderte mechanische Kennwerte auf, wobei die mechanischen Kennwerte mittels der zweiten Verfahrensanweisung herstellbaren Baustruktur insbesondere eine veränderte, insbesondere minimierte Eigenspannungsverteilung gegenüber der mittels der ersten Verfahrensanweisung herstellbaren Baustruktur aufweist. Die mittels der zweiten Verfahrensanweisung herstellbaren Baustruktur weist daher gegenüber der mittels der ersten Verfahrensanweisung herstellbaren Baustruktur eine veränderte Geometrie insbesondere der Supportstruktur, ggf. auch des Bauteils auf.
Dazu werden die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur, Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren sowie die Prozessparameter der Strahlquelle der ersten Verfahrensanweisung von einer zweiten Computereinheit COMP2 eingelesen 220, wobei erste Computereinheit COMP1 und zweite Computereinheit COMP2 unterschiedlich zueinander und entfernt voneinander angeordnet sind. Die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur, Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren sowie die Prozessparameter der Strahlquelle der ersten Verfahrensanweisung werden eingelesen 220, nachdem sie von der ersten Computereinheit COMP1 an die zweite Computereinheit COMP2 versendet 150 wurden (7). In einer weiteren Ausführung werden die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur, Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren sowie die Prozessparameter der Strahlquelle der ersten Verfahrensanweisung eingelesen, nachdem sie von der ersten Computereinheit COMP1 an das öffentliche Netzwerk CL versendet wurden (8). Zusätzlich werden Maschinendaten des Additiv-Fertigers, Bauteildaten, Simulationsdaten und Experimentaldaten eingelesen und/oder eingegeben 210, die auf einer zweiten Speichereinrichtung DB2 gespeichert sind.
Die zweite Verfahrensanweisung enthält Verfahrensparameter, die ebenfalls mittels eines ML-Algorithmus ermittelt 230 werden. Der ML-Algorithmus verwendet zur Ermittlung 230 der Verfahrensparameter der zweiten Verfahrensanweisung Erfahrungsdaten, wobei die Erfahrungsdaten die Maschinendaten des Additiv-Fertigers, Bauteildaten, Simulationsdaten und/oder Experimentaldaten umfassen, die auf der zweiten Speichereinrichtung DB2 gespeichert sind. Im Anschluss daran erfolgt eine Abfrage 240, ob aufgrund der mittels des ML-Algorithmus ermittelten Verfahrensparameter eine geringere, insbesondere minimierte Eigenspannungsverteilung in der herzustellenden Baustruktur erzielt wird. Die Verfahrensschritte 220 bis 240 werden mittels einer zweiten Methode PROG2, also einem zweiten Computerprogramm PROG2 auf der zweiten Computereinheit COMP2 ausgeführt (7, 8).
Die mittels des ML-Algorithmus ermittelten Verfahrensparameter werden in weiteren Iterationen der Anwendung der zweiten Methode so lange als Startwert der Anwendung eines ML-Algorithmus angewendet, bis ein Minimum der Eigenspannungsverteilung in der herzustellenden Baustruktur ermittelt ist. Die zweite Verfahrensanweisung weist also Verfahrensparameter auf, mit denen eine Baustruktur mit minimierter Eigenspannungsverteilung herstellbar ist. Die zweite Verfahrensanweisung wird an den Additiv-Fertiger gesendet 300a/b, und die herzustellende Baustruktur wird mittels der zweiten Verfahrensanweisung additiv gefertigt M.
Alternativ wird der ML-Algorithmus genutzt, um mittels der aus der zweiten Datenbank DB2 geladenen 220 Erfahrungsdaten ein Vorhersagemodell der Verzugs- und Eigenspannungsverteilung in der herzustellenden Baustruktur zu ermitteln 230. Dieses Vorhersagemodell wird von der zweiten Methode PROG2 als Startwert von Optimierungsalgorithmen herangezogen. Mittels der Optimierungsalgorithmen werden Verfahrensparameter der zweiten Verfahrensanweisung mittels Verfahrensschritte 220 bis 240 der so lange optimiert, bis ein minimierter Verzug und optimierte Eigenspannungsverteilung in der herzustellenden Baustruktur ermittelt ist.
BEZUGSZEICHENLISTE

CAD: Erstellen eines CAD-Modells
COMP1: Erste Computereinheit
COMP2: Zweite Computereinheit
PROG1: Erste Software
PROG2: Zweite Software
CL: Öffentliches Netzwerk
DB1: Erste Speichereinrichtung
DB2: Zweite Speichereinrichtung
M: Ausführen der Verfahrensanweisung / Additive Fertigung des Bauteils
100: Erstellen der ersten Verfahrensanweisung
110: Vorverarbeitung auf Bauplattform / in Prozesskammer
120: Slicen
130: Generierung der Prozessparameter und Werkzeugpfade
140: Einlesen von Daten aus erster Datenbank
150: Generierung der Prozessparameter und Werkzeugpfade mittels der Daten aus erster Datenbank
200: Erstellen der zweiten Verfahrensanweisung
210: Einlesen von Daten aus zweiter Datenbank
220: Einlesen von Daten aus der ersten Verfahrensanweisung
230: Erstellen der zweiten Verfahrensanweisung unter Einbeziehung der Daten aus der ersten Verfahrensanweisung und Anwendung eines ML-Algorithmus
240: Abfrage, ob geringerer Verzug und verbesserte Eigenspannungsverteilung in herzustellender Baustruktur erzielt ist
250: Versenden der zweiten Verfahrensanweisung
300a/b: Versenden der zweiten Verfahrensanweisung an den Additiv-Fertiger
400: Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung eines Bauteils

Claims

Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils mit den Verfahrensschritten: • Empfangen und/oder Einlesen (220) einer ersten Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) einer ersten Baustruktur, wobei die erste Verfahrensanweisung auf einer ersten Computereinheit (COMP1) erstellt (100) wurde, • Erstellen (200) einer zweiten Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) einer zweiten Baustruktur, wobei die zweite Verfahrensanweisung auf einer zweiten Computereinheit (COMP2) erstellt (200) wird, wobei die zweite Verfahrensanweisung auf der Basis der ersten Verfahrensanweisung erstellt (200) wird, wobei die erste Computereinheit (COMP1) von der zweiten Computereinheit (COMP2) verschieden ist.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baustruktur von der zweiten Baustruktur verschieden ist.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baustruktur das Bauteil und eine erste Supportstruktur umfasst, die zweite Baustruktur das Bauteil und eine zweite Supportstruktur umfasst, wobei die erste Supportstruktur von der zweiten Supportstruktur verschieden ist.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verfahrensanweisung mit einer ersten Methode erstellt (100) wird, die zweite Verfahrensanweisung mit einer zweiten Methode erstellt (200) wird, wobei die erste Methode von der zweiten Methode verschieden ist.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verfahrensanweisung mit einem ersten Softwareprogramm (PROG1) erstellt (100) wird, die zweite Verfahrensanweisung mit einem zweiten Softwareprogramm (PROG2) erstellt (200) wird, wobei das erste Softwareprogramm (PROG1) von dem zweiten Softwareprogramm (PROG2) verschieden ist.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verfahrensanweisung mit Hilfe eines ersten Datensatzes erstellt (150) wird.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verfahrensanweisung mit Hilfe eines zweiten Datensatzes erstellt (210) wird.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wobei der erste Datensatzes von dem zweiten Datensatzes verschieden ist.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Datensatz Experimentaldaten, Bauteildaten, Erfahrungsdaten und/oder Maschinendaten umfasst.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Datensatz Experimentaldaten, Bauteildaten, Erfahrungsdaten und/oder Maschinendaten aus unterschiedlichen additiven Fertigungsverfahren umfasst.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Datensatz Experimentaldaten, Bauteildaten, Erfahrungsdaten und/oder Maschinendaten von unterschiedlichen Additiv-Fertigern umfasst.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Datensatz für einen ML/AI-Algorithmus verwendet (230) wird.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verfahrensanweisung mit Hilfe eines ML/AI-Algorithmus erstellt (230) wird.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der ersten Verfahrensanweisung zur zweiten Computereinheit (COMP2) transferiert (150) werden.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der ersten Verfahrensanweisung über ein öffentliches Netzwerk (CL) zur zweiten Computereinheit transferiert (150) werden.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der zweiten Verfahrensanweisung an die erste Computereinheit transferiert (250) werden.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der zweiten Verfahrensanweisung über ein öffentliches Netzwerk (CL) zur ersten Computereinheit transferiert (150) werden.
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Computereinheit (COMP2) dafür geeignet ist, erste Verfahrensanweisungen in unterschiedlichen Datenformaten einzulesen (220).
Verfahren (400) zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung (M) eines Bauteils nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Computereinheit (COMP2) dafür geeignet ist, zweite Verfahrensanweisungen in unterschiedlichen Datenformaten zu erstellen (200).