DE102022130234A1

DE102022130234A1 - PROCEDURE FOR PROVIDING A PROCEDURE INSTRUCTION

Info

Publication number: DE102022130234A1
Application number: DE102022130234.2A
Authority: DE
Inventors: Omar Fergani; Katharina Eissing
Original assignee: 1000 Kelvin GmbH
Current assignee: 1000 Kelvin GmbH
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung eines Bauteils mit den Verfahrensschritten Einlesen geometrischer Daten des Bauteils, Erstellen einer Schichtstruktur einer Baustruktur, wobei die Baustruktur das Bauteil umfasst, Erstellen einer Voxelstruktur der Baustruktur und Erstellen einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung der Baustruktur auf Basis der Voxelstruktur.The invention relates to a method for providing a process instruction for the additive manufacturing of a component with the process steps of reading in geometric data of the component, creating a layer structure of a building structure, wherein the building structure comprises the component, creating a voxel structure of the building structure and creating a process instruction for the additive manufacturing of the building structure based on the voxel structure.

Description

Stand der TechnikState of the art

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.3D printing or additive manufacturing is a comprehensive term for all manufacturing processes in which material is applied layer by layer to create three-dimensional components. The layer-by-layer construction is computer-controlled from one or more liquid or solid materials according to specifications from a CAD/CAM system. The layers can then be broken down into strips, particularly in the direct energy deposition process. In addition, in so-called hatching, a layer is divided into strips (hatches) or squares and vectors arranged in parallel are distributed within them. With powder bed-based technologies, such as selective laser melting, the component is manufactured without further subdivision of the layers. When the workpiece is built up layer by layer, a print head or a laser is usually moved horizontally, i.e. in the X-Y plane, and at the same time material strips are applied with the print head or laser. Once a layer is finished, the build plate on which the workpiece is manufactured is usually moved vertically downwards, i.e. in the Z direction, and another layer is started. When the layers are applied or melted, the workpiece may experience problems such as cracking, deformation and an uneven crystal structure depending on the type of material applied and the set process parameters (e.g. temperature, feed). In other cases, this may even lead to an entire manufacturing process having to be stopped. In the prior art, a process plan is usually created only on the basis of the geometric design of a workpiece. If such a process plan is executed, it may lead to a phenomenon that a specific section of the workpiece is overheated in a manufacturing process, for example, and it is difficult to effectively control the temperature of the workpiece. In addition, in the prior art, in an additive manufacturing process, it is impossible to change and adapt the process plan, especially during the manufacturing process, once a process plan has been completely created.

Technikentechniques

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.It is therefore an object of the invention to provide a method for providing a process instruction for the additive manufacturing of a component, with which an improved process plan for the additive manufacturing of a workpiece is made available.

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.The object is achieved by means of the method according to the invention for providing a method instruction for the additive manufacturing of a component according to claim 1. Advantageous embodiments of the invention are set out in the following subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung eines Bauteils weist vier Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Einlesen geometrischer Daten des Bauteils.The method according to the invention for providing a process instruction for the additive manufacturing of a component has four process steps: In the first process step, geometric data of the component is read in.

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.Additive manufacturing processes within the meaning of this application are processes in which the material from which a building structure is to be made is added to the building structure during its creation. The building structure is created in its final form or at least approximately in this form, with post-processing then taking place. In particular, the building structure to be manufactured has a support structure that includes one or more support points. This support structure is removed during post-processing.

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.The techniques that an additive manufacturer uses to produce a part include, for example, extrusion deposition or selective deposition modeling (SDM), techniques such as fused deposition modeling (FDM) and fused filament fabrication (FFF), stereolithography (SLA), polyjet printing (PJP), multijet printing (MJP), selective laser sintering (SLS), selective laser melting (SLM), three-dimensional printing (3DP), techniques such as color jet printing (CJP), directed energy deposition (DED) and the like.

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.Fused Filament Fabrication (FFF), also known as Fused Deposition Modeling or Filament Freeform Fabrication, is a 3D printing process that uses a continuous filament made of a thermoplastic material. The filament is fed from a large spool through a moving, heated extruder head of the printer and applied to the growing workpiece. The print head is moved under computer control to define the printed shape. Typically, the head moves in two dimensions to deposit one horizontal plane or layer at a time; the workpiece or print head is then moved vertically a small amount to begin a new layer. The speed of the extruder head can also be controlled to stop and start deposition, creating a discontinuous layer without any stringing or dripping between sections.

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.Directed Energy Deposition (DED) refers to a category of additive manufacturing or 3D printing processes in which powder or wire is fed coaxially to an energy source (usually a laser) to form a molten or sintered layer on a substrate.

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).Melt filament printing is currently the most popular process for 3D printing, especially in the hobby sector. Other processes such as photopolymerization and powder sintering can produce better results, but are much more expensive. The 3D printer head or 3D printer extruder is a part in additive manufacturing by material extrusion that is responsible for melting or softening the raw material and forming it into a continuous profile. A wide variety of filament materials are extruded, including thermoplastics such as acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polylactic acid (PLA), polyethylene terephthalate glycol (PETG), polyethylene terephthalate (PET), high impact polystyrene (HIPS), thermoplastic polyurethane (TPU) and aliphatic polyamides (nylon).

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.For manufacturing reasons, it is necessary in the 3D printing processes mentioned to support delicate or overhanging structures during the printing process using a support structure. These structures would otherwise collapse due to gravity. Support structures are also sometimes necessary in metal 3D printing, but for different reasons than in plastic-based additive processes. Here, the danger is less that the model could collapse during printing, but rather to prevent impending warping. Thin areas of the model in particular can easily bend.

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.The method according to the invention for providing a method instruction for the additive manufacture of a building structure is computer-aided, whereby the term "computer-aided" is used in this document in such a way that one computer or several computers carry out or carry out at least one method step of the method. Computers can be, for example, personal computers, servers, handheld computer systems, pocket PC devices, mobile radio devices and other communication devices that can process data in a computer-aided manner, as well as processors and other electronic devices for data processing, which can also be connected to form a network.

Ausgangspunkt für die Durchführung einer additiven Fertigung ist eine geometrische 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. Der Datensatz enthält die dreidimensionalen geometrischen Daten für eine Herstellung durch das additive Fertigungsverfahren.The starting point for additive manufacturing is a geometric description of the workpiece using a data set. The data set for the structure of the component to be manufactured is created using 3D modeling software (e.g. a CAD program). The data set contains the three-dimensional geometric data for production using the additive manufacturing process.

Im zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Erstellen einer Schichtstruktur einer Baustruktur, wobei die Baustruktur das Bauteil umfasst. Aus dem mittels CAD-Programm erstellten 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 bezeichnet. In einer Weiterbildung der Erfindung wird aus den geometrischen Daten des Bauteils eine Schichtstruktur erstellt.In the second step of the process, a layered structure of a construction structure is created, whereby the construction structure includes the component. A manufacturing data set is generated from the data set created using the CAD program, which contains a preparation of the geometry of the workpiece in layers or discs (so-called slices) suitable for additive manufacturing. This transformation of the data is referred to as slicing. In a further development of the invention, a layered structure is created from the geometric data of the component.

Im dritten Verfahrensschritt erfolgt ein Erstellen einer Voxelstruktur der Baustruktur. Die Voxelstruktur bildet das zu fertigende Bauteil vollständig mittels Punkten oder Volumeninkrementen (Voxeln) ab.The third step in the process involves creating a voxel structure of the building structure. The voxel structure completely represents the component to be manufactured using points or volume increments (voxels).

Im vierten Verfahrensschritt erfolgt Erstellen einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung der Baustruktur auf Basis der Voxelstruktur. 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.The fourth step involves creating a process instruction for additive manufacturing of the building structure based on the voxel structure. A process instruction is understood to be data that is made available to an additive manufacturer for additive manufacturing of the building structure. This includes the process parameters for the additive manufacturer and the definition of a tool path. The tool path usually consists of a large number of vectors arranged in a row that are traversed by the additive manufacturer. The process instructions thus define a process control that the additive manufacturer carries out to additively manufacture a building structure.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird aus der Schichtstruktur eine Voxelstruktur erstellt. In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die Voxelstruktur für jede Schicht separat erstellt.In a further embodiment of the invention, a voxel structure is created from the layer structure. In a further embodiment of the invention, the voxel structure is created separately for each layer.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Voxelstruktur in einer Schicht eine zweidimensionale Struktur auf. Die Voxelstruktur wird für jede Schicht separat erstellt, d.h. die Verteilung und Anordnung der Voxel werden für jede Schicht individuell erstellt. Die Voxelstruktur weist in einer Schicht eine zweidimensionale Struktur auf, wobei die zweidimensionale Struktur ein zweidimensionales Punktgitter bildet und damit die Fläche der Schicht vollständig bedeckt. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Voxel äquidistant zueinander beabstandet. Die Voxel in einer Schicht weisen außer an den Begrenzungslinien einer Schicht einen zueinander gleichen Abstand auf. In Kombination mit dem Abstand der Schichten zueinander ergibt sich aus der zweidimensionalen Voxelstruktur die dreidimensionale Struktur der Baustruktur bzw. des Bauteils. Im Falle einer flächigen Ausführung eines Voxels VO ist die geometrische Form der Fläche derart, dass die Fläche der Schicht vollständig durch die Flächen der Voxelstruktur V innerhalb der Schicht bedeckt ist. Es sind daher geometrische Formen der Voxel möglich, bei denen die Voxel kongruente Polygone bilden. Möglich sind z.B. Platonische Parkettierungen, wobei die Flächen gleichseitig sind. Duale Parkettierungen sind ebenfalls möglich.In a further embodiment of the invention, the voxel structure in one layer has a two-dimensional structure. The voxel structure is created separately for each layer, ie the distribution and arrangement of the voxels are created individually for each layer. The voxel structure in one layer has a two-dimensional structure, wherein the two-dimensional structure is a two-dimensional sional point grid and thus completely covers the surface of the layer. In a development of the invention, the voxels are equidistant from one another. The voxels in a layer are the same distance from one another except at the boundary lines of a layer. In combination with the distance between the layers, the two-dimensional voxel structure results in the three-dimensional structure of the building structure or component. In the case of a flat design of a voxel VO, the geometric shape of the surface is such that the surface of the layer is completely covered by the surfaces of the voxel structure V within the layer. Geometric shapes of the voxels are therefore possible in which the voxels form congruent polygons. For example, Platonic tilings are possible, where the surfaces are equilateral. Dual tilings are also possible.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung umfassen die Baustruktur und/oder die Schichtstruktur eine Stützstruktur. Fertigungsbedingt ist es in den 3D Druckverfahren nötig, filigrane oder überhängende Strukturen im Druckprozess mittels einer Stützstruktur abzustützen. Diese Strukturen würden andernfalls der Schwerkraft folgend einstürzen. Auch im Metall 3D Druck sind Stützstruktur 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 dünne Bereiche des Modells leicht verbiegen.In a further embodiment of the invention, the building structure and/or the layer structure comprise a support structure. For manufacturing reasons, it is necessary in 3D printing processes to support delicate or overhanging structures in the printing process using a support structure. These structures would otherwise collapse due to gravity. Support structures are also sometimes necessary in metal 3D printing, but for different reasons than in plastic-based additive processes. Here, the danger is less that the model could collapse during printing, but rather to prevent impending warping. Thin areas of the model can easily bend.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird jedem Voxel ein Verfahrensparameter zugewiesen. In einer Weiterbildung der Erfindung wird jedem Voxel der gleiche Verfahrensparameter zugewiesen. In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weisen die den Voxeln zugewiesenen Verfahrensparameter unterschiedliche Werte auf. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung umfassen die den Voxeln zugewiesenen Verfahrensparameter einen oder mehrere Parameter aus der Gruppe Leistung des Energiestrahls, Bestrahlungszeit einzelner Vektoren, Pausenzeit zwischen den Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren, Verfahrgeschwindigkeit des Energiestrahls, Veränderung des Hatch-Abstandes zwischen den Vektoren, der Vektorreihenfolge, der Vektorlänge und/oder die Vektorausrichtung. Insbesondere umfassen die Verfahrensparameter den Zeitpunkt, an dem jedes einzelne Voxel während der additiven Fertigung gefertigt wird. Durch geeignete Wahl des Zeitpunktes der additiven Fertigung eines jeden Voxels können lokale Überhitzungen in Bereichen mit geringer thermischer Kapazität der Baustruktur vermieden werden. Der Prozess der additiven Fertigung ist daher demzufolge nicht ein schichtweiser Aufbau der einzelnen Schichten, sondern im Idealfall ein punktförmiger Aufbau, wobei bei der additiven Fertigung der Baustruktur alle Voxel jeweils einer Schicht, einer Mehrzahl von Schichten oder ein Teilbereich einer Schicht additiv gefertigt werden.In an advantageous embodiment of the invention, each voxel is assigned a process parameter. In a further development of the invention, each voxel is assigned the same process parameter. In a further design of the invention, the process parameters assigned to the voxels have different values. In a further development of the invention, the process parameters assigned to the voxels comprise one or more parameters from the group of power of the energy beam, irradiation time of individual vectors, pause time between the irradiation times of individual vectors, travel speed of the energy beam, change in the hatch distance between the vectors, the vector sequence, the vector length and/or the vector orientation. In particular, the process parameters comprise the time at which each individual voxel is manufactured during additive manufacturing. By suitably selecting the time of additive manufacturing of each voxel, local overheating in areas with low thermal capacity of the structure can be avoided. The process of additive manufacturing is therefore not a layer-by-layer construction of the individual layers, but ideally a point-like construction, whereby during the additive manufacturing of the building structure all voxels of a layer, a plurality of layers or a part of a layer are additively manufactured.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfassen die den Voxeln zugewiesenen Verfahrensparameter einen einzelnen Wert und/oder einen Werteverlauf des zugewiesenen Verfahrensparameters. Im Falle einer punktförmigen Ausführung eines Voxels weisen die einem Voxel zugewiesenen Verfahrensparameter einen einzelnen Wert auf, dabei weisen die Verfahrensparameter für jedes Voxel unterschiedliche Werte auf. Im Falle einer flächigen Ausführung eines Voxels können die einem Voxel zugewiesenen Verfahrensparameter zusätzlich zu unterschiedlichen Werten für jedes Voxel auf einen Werteverlauf aufweisen, also einen Gradienten z.B. in der Leistung des Energieeintrags in das Voxel.In a further aspect of the invention, the process parameters assigned to the voxels comprise a single value and/or a value progression of the assigned process parameter. In the case of a point-shaped design of a voxel, the process parameters assigned to a voxel have a single value, with the process parameters having different values for each voxel. In the case of a planar design of a voxel, the process parameters assigned to a voxel can, in addition to different values for each voxel, also have a value progression, i.e. a gradient, e.g. in the power of the energy input into the voxel.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird aus der Initial-Verfahrensanweisung eine Verfahrensanweisung erstellt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zur Erstellung der Verfahrensanweisung ein Verbesserungsalgorithmus auf die Initial-Verfahrensanweisung angewendet. In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Verbesserungsalgorithmus einen Simulationsalgorithmus und/oder einen ML-Algorithmus.In a further embodiment of the invention, a procedural instruction is created from the initial procedural instruction. In a further embodiment of the invention, an improvement algorithm is applied to the initial procedural instruction to create the procedural instruction. In a further development of the invention, the improvement algorithm comprises a simulation algorithm and/or an ML algorithm.

Die Initial-Verfahrensanweisung wird ohne Verbesserungsalgorithmus und die Verfahrensanweisung mittels eines Verbesserungsalgorithmus erstellt. Die mittels der Initial-Verfahrensanweisung und der Verfahrensanweisung herstellbaren beiden Baustrukturen weisen bevorzugt das gleiche Bauteil, aber unterschiedliche Stützstrukturen auf. Mittels der beiden Verfahrensanweisungen ist also ein und dasselbe Bauteil herstellbar, wobei die Verfahrensanweisung auf Grundlage der Initial-Verfahrensanweisung erstellt wird. Die Initial-Verfahrensanweisung wird dabei mittels eines Verbesserungsalgorithmus derart optimiert, dass das mittels der Verfahrensanweisung herstellbare Bauteil eine verbesserte Eigenspannungsverteilung aufweist.The initial process instruction is created without an improvement algorithm and the process instruction is created using an improvement algorithm. The two structures that can be produced using the initial process instruction and the process instruction preferably have the same component but different support structures. One and the same component can therefore be produced using the two process instructions, with the process instruction being created on the basis of the initial process instruction. The initial process instruction is optimized using an improvement algorithm in such a way that the component that can be produced using the process instruction has an improved residual stress distribution.

Der Simulationsalgorithmus erzeugt berechnete Simulationsdaten, die auf Grundlage eines Models und ein- oder vorgegebener Parameter ermittelt sind. 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 einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Verbesserungsalgorithmus ein material-, zeit- und raumskalenspezifisches Modell.The simulation algorithm generates calculated simulation data that are determined on the basis of a model and one or predefined parameters. The simulation data contain data about a building structure in which the shrinkage and the formation of structural stresses are taken into account during shaping by producing a geometry of the building structure that is modified using the simulation method and that assumes the desired geometry of the building structure due to the stresses and shrinkages. In a further aspect of the invention, the improvement algorithm comprises a material-, time- and space-scale-specific model.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden durch die Anwendung des Verbesserungsalgorithmus die Verfahrensparameter verändert. Die Initial-Verfahrensanweisung stellt grundlegende Daten und Verfahrensparameter zur additiven Herstellung einer Baustruktur bereit, die Grundlage zur Erstellung einer Verfahrensanweisung ist. Mittels der 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.In an advantageous embodiment of the invention, the process parameters are changed by applying the improvement algorithm. The initial process instruction provides basic data and process parameters for the additive production of a building structure, which is the basis for creating a process instruction. Using the process instruction, a building structure can be produced that does not overheat in particularly vulnerable areas during the production process and has a lower residual stress distribution when cooled and reworked.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird durch die Anwendung des Verbesserungsalgorithmus die Geometrie der Stützstruktur verändert. In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die nach der Verfahrensanweisung gefertigte Baustruktur eine gegenüber einer nach der Initial-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 Verfahrensanweisung gefertigte Baustruktur eine gegenüber einem nach der Initial-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 istIn a further embodiment of the invention, the geometry of the support structure is changed by applying the improvement algorithm. In a further embodiment of the invention, the structure manufactured according to the process instruction has a different geometry compared to a structure manufactured according to the initial process instruction. A geometry in the sense of the invention is a spatial arrangement and includes properties such as angle, thickness and structure of the structure. In a further development of the invention, the changed geometry includes the geometry of the component. In a further aspect of the invention, the changed geometry includes the geometry of the support structure. Preferably, the structure manufactured according to the process instruction has a support structure with a different geometry compared to a structure manufactured according to the initial process instruction in such a way that the support structure has different attachment points on the component, so that the residual stress distribution in the manufactured component is changed.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird durch die Anwendung des Verbesserungsalgorithmus die Voxelstruktur verändert. Die Anordnung der Voxel in der Voxelstruktur wird derart verbessert, dass die Voxelstruktur eine minimierte Eigenspannungsverteilung aufweist. Die mechanischen Kennwerte der Voxelstruktur und des mittels der Voxelstruktur additiv zu fertigende 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 a further embodiment of the invention, the voxel structure is changed by applying the improvement algorithm. The arrangement of the voxels in the voxel structure is improved in such a way that the voxel structure has a minimized residual stress distribution. The mechanical characteristics of the voxel structure and of the component to be additively manufactured using the voxel structure are significantly improved compared to previously known methods. Using the method according to the invention, local overheating is avoided, the quality of the finished product is increased and the production yield is increased by producing less waste.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Verbesserungsalgorithmus durch experimentelle und/oder Simulationsdaten trainiert. 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 Herstellungsprozesse erfasst werden. 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.In a further embodiment of the invention, the improvement algorithm is trained using experimental and/or simulation data. The experimental data include data of a building structure that was created in-situ in real time and/or in previous manufacturing processes. Using the experimental data, the creation of the second process instruction can include data that is recorded based on real, non-simulated manufacturing processes. The simulation data include calculated data that was determined on the basis of a model and one or predefined parameters. The simulation data includes data about a building structure in which the shrinkage and the formation of structural stresses are taken into account during shaping by producing a geometry of the building structure that has been modified using the simulation method and that assumes the desired geometry of the building structure due to the stresses and shrinkages.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die experimentellen Daten die lokale Temperatur, Leistung des Energiestrahls, Bestrahlungszeit einzelner Vektoren, Pausenzeit zwischen den Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren und/oder die Verfahrgeschwindigkeit des Energiestrahls. Experimentaldaten experimentell ermittelte Daten umfassen. Die Experimentaldaten umfassen Daten einer Baustruktur, die in-situ in Echtzeit und/oder in vorhergehenden Herstellungsprozessen erfasst wurden. Mit den Experimentaldaten kann die Erstellung der Verfahrensanweisung Daten beinhalten, die aufgrund realer, nicht simulierter Herstellungsprozessen erfasst werden. In einem weiteren Aspekt der Erfindung werden aus den experimentellen Daten berechnete Daten ermittelt.In a further development of the invention, the experimental data include the local temperature, power of the energy beam, irradiation time of individual vectors, pause time between the irradiation times of individual vectors and/or the travel speed of the energy beam. Experimental data include experimentally determined data. The experimental data include data of a building structure that was recorded in-situ in real time and/or in previous manufacturing processes. With the experimental data, the creation of the process instruction can include data that is recorded on the basis of real, non-simulated manufacturing processes. In a further aspect of the invention, calculated data is determined from the experimental data.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden während der Durchführung eines ersten Teils der Verfahrensanweisung zur Fertigung eines ersten Abschnitts des Bauteils experimentelle Daten in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in-situ erfasst. In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist mittels der Verfahrensanweisung nur ein erster Abschnitt des Bauteils additiv herstellbar. Die Verfahrensanweisung ist also eine Initial-Verfahrensanweisung, m.a.W. ein erster Teil der Verfahrensanweisung, mit der ein erster Abschnitt des Bauteils additiv hergestellt werden kann. Im Gegensatz dazu ist mittels der (vollständigen) Verfahrensanweisung das gesamte Bauteil herstellbar. Der erste Abschnitt des Bauteils ist z.B. eine Schicht, der erste Teil der Verfahrensanweisung dementsprechend eine Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung der ersten Schicht des Bauteils.In a further embodiment of the invention, experimental data are recorded in-situ in an advantageous embodiment of the invention during the implementation of a first part of the process instruction for manufacturing a first section of the component. In a preferred variant of the invention, only a first section of the component can be additively manufactured using the process instruction. The process instruction is therefore an initial process instruction, in other words a first part of the process instruction with which a first section of the component can be additively manufactured. In contrast, the entire component can be manufactured using the (complete) process instruction. The first section of the component is, for example, a layer, and the first part of the process instruction is accordingly a process instruction for additively manufacturing the first layer of the component.

Zur Erfassung der experimentellen Daten bevorzugt während der Herstellung der Bauteils in Echtzeit können unterschiedliche Verfahren und Detektionseinrichtungen zum Einsatz kommen, z.B. ist die Detektionseinrichtung eine Temperaturdetektionseinrichtung, die konfiguriert ist zum Messen einer Bestrahlungspunkttemperatur des Bauteils, eine Bildgebungseinrichtung, die konfiguriert ist zum Messen einer Lichtemissionsmenge, um eine erzeugte Spritz- bzw. Zerstäubungsmenge zu erfassen, eine Bildgebungseinrichtung, die konfiguriert ist zum Erfassen eines Formflächenbilds des Bauteils oder eine Bildgebungseinrichtung, die konfiguriert ist zum Erfassen einer Schmelzbadgröße.Different methods and detection devices can be used to record the experimental data, preferably during the production of the component in real time, e.g. the detection device is a temperature detection device configured to measure an irradiation point temperature of the component, an imaging device configured to measure a light emission quantity in order to detect a generated spray or atomization quantity, an imaging device configured for acquiring a mold surface image of the component or an imaging device configured to acquire a melt pool size.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden während der Durchführung der Verfahrensanweisung aus den in-situ erfassten experimentellen Daten ein zweiter Teil der Verfahrensanweisung für die Fertigung des Bauteils erstellt. Die erfassten Experimentaldaten werden an die zweite Speichereinrichtung versendet und ebenfalls in der zweiten Speichereinrichtung gespeichert. Diese experimentellen Daten werden eingelesen, aus den Experimentaldaten werden berechnete Daten ermittelt. Auf diese berechneten Daten wird der Verbesserungsalgorithmus angewendet und während der Durchführung der Initial-Verfahrensanweisung wird ein zweiter Teil der Verfahrensanweisung erstellt.In a further advantageous embodiment of the invention, a second part of the process instruction for the production of the component is created from the experimental data recorded in situ during the execution of the process instruction. The recorded experimental data is sent to the second storage device and also stored in the second storage device. This experimental data is read in, calculated data is determined from the experimental data. The improvement algorithm is applied to this calculated data and a second part of the process instruction is created during the execution of the initial process instruction.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird der zweite Teil der Verfahrensanweisung für die Fertigung eines zweiten Abschnitts des Bauteils erstellt. Der zweite Teil der Verfahrensanweisung weist in einer weiteren Ausführung der Erfindung gegenüber der Initial-Verfahrensanweisung veränderte Parameter für die Fertigung des zweiten Abschnitts des Bauteils auf. Die veränderten Parameter umfassen in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung einen oder mehrere Parameter aus der Gruppe Leistung des Energiestrahls, Bestrahlungszeit einzelner Vektoren, Pausenzeit zwischen den Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren, Verfahrgeschwindigkeit des Energiestrahls, Veränderung des Hatch-Abstandes zwischen den Vektoren, der Vektorreihenfolge, der Vektorlänge, Vektorausrichtung und/oder veränderte Geometrie der Stützstruktur.In a further embodiment of the invention, the second part of the process instruction is created for the production of a second section of the component. In a further embodiment of the invention, the second part of the process instruction has modified parameters for the production of the second section of the component compared to the initial process instruction. In a further embodiment of the invention, the modified parameters comprise one or more parameters from the group of power of the energy beam, irradiation time of individual vectors, pause time between the irradiation times of individual vectors, travel speed of the energy beam, change in the hatch distance between the vectors, the vector sequence, the vector length, vector orientation and/or modified geometry of the support structure.

Dieses Verfahren wird so lange wiederholt, bis alle Abschnitte des Bauteils hergestellt sind. Auf die Generierung der zweiten Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer zweiten Schicht des Bauteils erfolgt die Generierung unter Anwendung des ML-Algorithmus eine dritte Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer dritten Schicht des Bauteils und so weiter, wobei jede n-te Verfahrensanweisung auf Grundlage der (n-1)ten Verfahrensanweisung unter Anwendung des Verbesserungsalgorithmus erstellt wird.This process is repeated until all sections of the component have been manufactured. After the second process instruction for additive manufacturing of a second layer of the component is generated, a third process instruction for additive manufacturing of a third layer of the component is generated using the ML algorithm, and so on, with every nth process instruction being created on the basis of the (n-1)th process instruction using the improvement algorithm.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden für die Verwendung des Verbesserungsalgorithmus Daten aus einer Datenbank eingelesen. Diese Daten sind Daten, die von einem Verbesserungsalgorithmus zur Erstellung einer Verfahrensanweisung genutzt werden. Diese Daten sind auf einer Datenbank abgelegt, die in einer Weiterbildung der Erfindung separat ist.In a further embodiment of the invention, data is read from a database for use of the improvement algorithm. This data is data that is used by an improvement algorithm to create a process instruction. This data is stored in a database that is separate in a further development of the invention.

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.The simulation data includes calculated data that was determined on the basis of a model and one or predefined parameters. The simulation data includes data about a building structure in which the shrinkage and the formation of structural stresses are taken into account during shaping by producing a geometry of the building structure that is modified using the simulation process and that takes on the desired geometry of the building structure due to the stresses and shrinkages.

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 Verfahrensanweisung Daten beinhalten, die aufgrund realer, nicht simulierter Herstellungsprozessen erfasst werden.The experimental data includes data obtained experimentally. The experimental data includes data of a building structure that was created in-situ in real time and/or in previous manufacturing processes. With the experimental data, the creation of the process instruction can include data that is collected based on real, non-simulated manufacturing processes.

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 Speichereinheit ist optional als Datenbank ausgeführt und ebenfalls optional separat von der Computereinheit angeordnet.A computer unit in the sense of the invention includes all electronic devices with data processing properties. A computer unit is thus, for example, a personal computer, server, handheld computer system, pocket PC device, mobile phone device and another communication device that can process data with the aid of a computer, as well as processors and other electronic devices for data processing, which can also be connected to a network. A computer unit also has a storage unit or is connected to a storage unit. The storage unit is optionally designed as a database and is also optionally arranged separately from the computer unit.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird der Verbesserungsalgorithmus, insbesondere ein ML-Algorithmus, auf eine Initial-Verfahrensanweisung angewendet. In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die Initial-Verfahrensanweisung ohne Verbesserungsalgorithmus, insbesondere ohne einen ML-Algorithmus erstellt.In a further embodiment of the invention, the improvement algorithm, in particular an ML algorithm, is applied to an initial process instruction. In a further embodiment of the invention, the initial process instruction is created without an improvement algorithm, in particular without an ML algorithm.

Das erfindungsgemäße Verfahren erstellt eine Initial-Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer ersten Baustruktur und eine Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung einer zweiten Baustruktur, wobei die Initial-Verfahrensanweisung ohne Verbesserungsalgorithmus und die Verfahrensanweisung mittels eines Verbesserungsalgorithmus erstellt wird. Die beiden Baustrukturen weisen bevorzugt das gleiche Bauteil, aber unterschiedliche Supportstrukturen auf. Mittels der beiden Verfahrensanweisungen ist also ein und dasselbe Bauteil herstellbar, wobei die Verfahrensanweisung auf Grundlage der Initial-Verfahrensanweisung erstellt wird. Die Initial-Verfahrensanweisung wird dabei mittels eines Verbesserungsalgorithmus derart optimiert, dass das mittels der Verfahrensanweisung herstellbare Bauteil eine verbesserte Eigenspannungsverteilung aufweist.The method according to the invention creates an initial process instruction for the additive manufacturing of a first construction structure and a process instruction for the additive manufacturing of a second construction structure, wherein the initial process instruction is created without an improvement algorithm and the process instruction is created using an improvement algorithm. The two construction structures preferably have the same component, but different support structures. One and the same component can therefore be produced using the two process instructions, wherein the process instruction is created on the basis of the initial process instruction. The initial process instruction is optimized using an improvement algorithm in such a way that It is demonstrated that the component manufactured using the process instruction exhibits an improved residual stress distribution.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden für die Verwendung des ML-Algorithmus ML-Daten aus einer Datenbank eingelesen. ML-Daten sind Daten, die von einem ML-Algorithmus zur Erstellung einer Verfahrensanweisung genutzt werden. Diese Daten sind auf einer Datenbank abgelegt, die in einer Weiterbildung der Erfindung separat ist.In a further embodiment of the invention, ML data is read from a database for use of the ML algorithm. ML data is data that is used by an ML algorithm to create a process instruction. This data is stored in a database, which is separate in a further development of the invention.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weist die Verfahrensanweisung ein oder mehrere veränderte Parameter gegenüber der Initial-Verfahrensanweisung auf. Die Verfahrensanweisung weist in einer weiteren Ausführung der Erfindung gegenüber der Initial-Verfahrensanweisung veränderte Parameter für die Fertigung des zweiten Abschnitts des Bauteils auf. Die veränderten Parameter umfassen in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung einen oder mehrere Parameter aus der Gruppe Leistung des Energiestrahls, Bestrahlungszeit einzelner Vektoren, Pausenzeit zwischen den Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren, Verfahrgeschwindigkeit des Energiestrahls, Veränderung des Hatch-Abstandes zwischen den Vektoren, der Vektorreihenfolge, der Vektorlänge, Vektorausrichtung und/oder veränderte Geometrie der Stützstruktur.In a further embodiment of the invention, the process instruction has one or more modified parameters compared to the initial process instruction. In a further embodiment of the invention, the process instruction has modified parameters for the production of the second section of the component compared to the initial process instruction. In a further embodiment of the invention, the modified parameters comprise one or more parameters from the group of power of the energy beam, irradiation time of individual vectors, pause time between the irradiation times of individual vectors, travel speed of the energy beam, change in the hatch distance between the vectors, the vector sequence, the vector length, vector orientation and/or modified geometry of the support structure.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wurde die Initial-Verfahrensanweisung auf einer ersten Computereinheit erstellt und die Verfahrensanweisung wird auf einer zweiten Computereinheit erstellt, wobei die erste Computereinheit von der zweiten Computereinheit verschieden ist. 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 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.In a further embodiment of the invention, the initial process instruction was created on a first computer unit and the process instruction is created on a second computer unit, the first computer unit being different from the second computer unit. The two different computer units preferably also differ in their location and particularly preferably in the access rights that a user has to the computer units. Preferably, a user with access rights to the second computer unit can transfer process instructions to these, e.g. those created by the user himself, which are used by the second computer unit to create a process instruction. The method according to the invention therefore enables users to access a computer unit to create a process instruction that is optimized with regard to its residual stress distribution.

In einer Weiterbildung der Erfindung wurde die Initial-Verfahrensanweisung mit einem ersten Softwareprogramm erstellt und die Verfahrensanweisung wird mit einem zweiten Softwareprogramm erstellt, wobei das erste Softwareprogramm vom 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 a development of the invention, the initial process instruction was created with a first software program and the process instruction is created with a second software program, whereby the first software program is different from the second software program. The formalized processes of the two different methods are implemented and processed using different software. In a further development of the invention, the process carried out by the first software is different from the process carried out by the second software. The second software uses an ML and/or AI algorithm to create the second process instruction that is different from the first software used to create the first process instruction. The first software optionally does not use an ML and/or AI algorithm.

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 a further development of the invention, the first construction structure is different from the second construction structure. In a further embodiment of the invention, the first construction structure comprises the component and a first support structure, the second construction structure comprises the component and a second support structure, the first support structure being different from the second support structure. The two construction structures preferably have the same component but different support structures. One and the same component can therefore be produced using the first and second process instructions, the second process instruction being created on the basis of the first process instruction.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die Initial-Verfahrensanweisung mit einer ersten Methode erstellt, die 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 a further embodiment of the invention, the initial process instruction is created using a first method, the process instruction is created using a second method, whereby the first method is different from the second method. A method within the meaning of the invention is a systematic and targeted approach for creating a process instruction for the additive manufacture of a building structure using formalized processes. The formalized processes are defined, for example, in a computer program.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Methode zur Erstellung der Initial-Verfahrensanweisung die Verwendung einer ersten Software und die zweite Methode umfasst zur Erstellung der Verfahrensanweisung die Verwendung einer zweiten Software, wobei die erste Software zur zweiten Software unterschiedlich ist. In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Initial-Verfahrensanweisung mit einem ersten Softwareprogramm erstellt, die 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 Verfahrensanweisung einen ML- und/oder Al-Algorithmus, der unterschiedlich ist zur ersten Software zur Erstellung der Initial-Verfahrensanweisung. Die erste Software verwendet optional keinen ML- und/oder Al-Algorithmus.In a further embodiment of the invention, the first method for creating the initial procedure instruction comprises the use of a first software and the second method for creating the procedure instruction comprises the use of a second software, wherein the first software is different from the second software. In a further development of the invention, the initial procedure instruction is created with a first software program, the procedure instruction is created with a second software program, wherein the first software program is different from the second software program. The formalized processes of the two different methods are implemented and processed using different software. In a further embodiment of the invention, the method carried out by the first software is different from the method carried out by the second software. The second software uses an ML and/or AI algorithm to create the procedure instruction, which is different from the first software for creating the initial Procedure instruction. The first software optionally does not use ML and/or AI algorithm.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Initial-Verfahrensanweisung mit Hilfe eines ersten Datensatzes erstellt. Der erste Datensatz weist Maschinendaten des Additiv-Fertigers, für den die Initial-Verfahrensanweisung erstellt werden soll, sowie Bauteildaten, Simulationsdaten der Temperaturverteilung in der Baustruktur während des Herstellungsprozesses und/oder Experimentaldaten auf.In a further embodiment of the invention, the initial process instruction is created using a first data set. The first data set contains machine data of the additive manufacturer for which the initial process instruction is to be created, as well as component data, simulation data of the temperature distribution in the building structure during the manufacturing process and/or experimental data.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die 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 Verfahrensanweisung erstellt werden soll, sowie Bauteildaten, Simulationsdaten der Temperaturverteilung in der Baustruktur während des Herstellungsprozesses und/oder Experimentaldaten.In a further aspect of the invention, the process instruction is created using a second data set. In a further embodiment of the invention, the first data set is different from the second data set. The second data set preferably contains empirical data. The empirical data contains data that was recorded and created using one or more previous additive manufacturing processes for components or building structures as well as the process instructions specific to each component. The empirical data includes machine data of the additive manufacturer for which the process instruction is to be created, as well as component data, simulation data of the temperature distribution in the building structure during the manufacturing process and/or experimental data.

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.In a further embodiment of the invention, the second data set comprises experimental data, component data, experience data and/or machine data. In a further development of the invention, the second data set comprises experimental data, component data, experience data and/or machine data from different additive manufacturing processes. In a further aspect of the invention, the second data set comprises experimental data, component data, experience data and/or machine data from different additive manufacturers.

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 Verfahrensanweisung herangezogen. Gleichzeitig ist es möglich, Verfahrensanweisungen für unterschiedliche Additiv-Fertiger zu erstellen, das erfindungsgemäße Verfahren kann daher für unterschiedliche Additiv-Fertiger angewendet werden.The machine data includes the possible process parameters of the additive manufacturer, the possible travel speeds, the possible travel paths of the component to the additive manufacturer. Machine data are different for different additive manufacturers and are therefore used to create the process instructions. At the same time, it is possible to create process instructions for different additive manufacturers, the method according to the invention can therefore be used for different additive manufacturers.

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.The component data includes the geometry of the building structure, the geometry of the component and/or material data, and the material data includes the phases, the concentration of the phases, the microstructure, the mechanical properties, the melting temperature and/or the boiling temperature. A building structure to be manufactured often contains thin-walled or overhanging structures. In these areas, the body provides a much smaller local thermal capacity, so that the structure can overheat locally using standard process parameters. This leads, for example, to undesirably large melt pools, which hinder the manufacturing process by forming large melt beads. Appropriate data must be stored in the database for all possible combinations of process and material parameters. In the individual application, the appropriate data must be retrieved from the database and taken into account when calculating the temperature development.

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.The experimental data includes data obtained experimentally. The experimental data includes data of a building structure that was created in-situ in real time and/or in previous manufacturing processes. With the experimental data, the creation of the second process instruction can include data that is collected based on real, non-simulated manufacturing processes.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der zweite Datensatz für einen ML/AI-Algorithmus verwendet. In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Verfahrensanweisung mit Hilfe eines ML/AI-Algorithmus erstellt. Die möglichen zur Anwendung kommenden ML- und/oder Al-Algorithmen werden in den folgenden Absätzen beschrieben.In an advantageous embodiment of the invention, the second data set is used for an ML/AI algorithm. In a further development of the invention, the process instruction is created using an ML/AI algorithm. The possible ML and/or AI algorithms that can be used are described in the following paragraphs.

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.Random Forest Regression is a machine learning method of ensemble learning. An ensemble of several decision trees is combined and used for regression. This is supervised learning.

Gradient boosted trees ist ein weiteres Ensemble Lernen, das für Regression und Klassifizierung angewandt werden kann. Es wird dem überwachten Lernen zugeordnet.Gradient boosted trees is another ensemble learning that can be applied for regression and classification. It is classified as supervised learning.

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.Deep learning is a method of machine learning. Most deep learning algorithms are deep neural networks (DNNs). They consist of many layers of linear and non-linear processing units, the artificial neurons. The more neurons and layers a neural network has, the more complex the issues that can be represented.

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.Another type of deep learning algorithm is the Random Decision Forests (RDFs). They also consist of many layers, but instead of neural structures, the RDFs are constructed from decision trees and output a statistical average (mode or mean) of the predictions of the individual trees.

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.Deep learning is used wherever large amounts of data are examined for patterns and trends. In the context of AI, this happens in the following areas, for example: facial, object or speech recognition.

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.A convolutional neural network (CNN or ConvNet) is an artificial neural network. It is a concept in the field of machine learning inspired by biological processes. Convolutional neural networks are used in numerous artificial intelligence technologies, primarily in the machine processing of image or audio data.

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.Recurrent or feedback neural networks are neural networks that, in contrast to feedforward networks, are characterized by connections between neurons in one layer and neurons in the same or a previous layer. In the brain, this is the preferred way of connecting neural networks, especially in the neocortex. In artificial neural networks, the recurrent connection of model neurons is used to discover temporally encoded information in the data. Examples of such recurrent neural networks are the Elman network, the Jordan network, the Hopfield network and the fully connected neural network.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Daten der Initial-Verfahrensanweisung zur zweiten Computereinheit transferiert, wobei die Daten der Initial-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 Initial-Verfahrensanweisung stellt grundlegende Daten und Verfahrensparameter zur additiven Herstellung einer Baustruktur bereit, die Grundlage zur Erstellung einer Verfahrensanweisung ist. Mittels der 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 a further embodiment of the invention, the data of the initial process instruction are transferred to the second computer unit, wherein the data of the initial process instruction include the structural geometry, the component geometry, the irradiation path of an energy beam, the exposure vectors and/or the process parameters of the beam source and/or the process parameters for influencing the energy input into the structural structure. The initial process instruction provides basic data and process parameters for the additive manufacture of a structural structure, which is the basis for creating a process instruction. Using the process instruction, a structural structure can be manufactured that does not overheat in particularly vulnerable areas during the manufacturing process and has a lower residual stress distribution when cooled and reworked, which is relevant, for example, in the manufacture of turbine blades.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Daten der Initial-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 a further development of the invention, the data of the initial procedure instruction are transferred to the second computer unit via a public network. Users have access to the public network. Users can transfer their own procedure instructions to the public network and/or download procedure instructions stored on the public network from the public network. The procedure instructions created by the user can also have different file formats.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die Daten der Verfahrensanweisung an die erste Computereinheit transferiert. In einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Daten der 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 Verfahrensanweisung additiv gefertigt.In a further embodiment of the invention, the data of the process instruction are transferred to the first computer unit. In a further aspect of the invention, the data of the process instruction are transferred to the first computer unit via a public network. The data of the second process instruction are optionally sent from the first computer unit to the additive manufacturer and the construction structure is additively manufactured using the process instruction.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist die zweite Computereinheit dafür geeignet, Initial-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 Verfahrensanweisung herangezogen werden.In a further embodiment of the invention, the second computer unit is suitable for reading in initial procedural instructions in different data formats. The procedural instructions transferred by users to the public network can have different file formats, which are read in by the second computer unit and used to create the procedural instructions.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die zweite Computereinheit dafür geeignet, Verfahrensanweisungen in unterschiedlichen Datenformaten zu erstellen. Die Verfahrensanweisung kann auch von additiven Fertigern unterschiedlicher Bauart eingelesen und zur Herstellung einer Baustruktur herangezogen werden.In a further embodiment of the invention, the second computer unit is suitable for creating process instructions in different data formats. The process instructions can also be read in by additive manufacturers of different designs and used to produce a building structure.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Initial-Verfahrensanweisung den Bestrahlungspfad eines Energiestrahls, die Belichtungsvektoren, die Prozessparameter der Strahlquelle und/oder die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur.In a further development of the invention, the initial process instruction comprises the irradiation path of an energy beam, the exposure vectors, the process parameters of the beam source and/or the process parameters for influencing the energy input into the building structure.

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 Initial-Verfahrensanweisung und eine 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.Process parameters are all variables that influence the manufacturing process using additive manufacturing. Process parameters meter refers to all the variables that influence the process. The additive manufacturer requires process parameters to manufacture the component, e.g. the height of the layers to be manufactured, the orientation of the vectors, i.e. the direction and length of the path that the tool describes on the surface of the component to be manufactured. The method according to the invention creates an initial process instruction and a process instruction for a specific material that is intended for processing by additive manufacturing. The process parameters used depend on the additive manufacturer used to manufacture the component.

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.The tool path usually has a number of vectors arranged in a row that are followed by the additive manufacturer. The process instructions thus define a process control that is carried out by the additive manufacturer for additive manufacturing.

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.The heat dissipation in the building structure is slower the warmer the building structure is. The vector length influences the temperature development in that the repeated heating of neighboring points is spaced further apart in time due to the parallel position of successively exposed vectors. Another important influencing factor is the mass distribution around the vectors, as this directly influences the heat flow and thus the risk of overheating.

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 a further embodiment of the invention, the process parameters for influencing the energy input into the structure include the power of the energy beam, the irradiation times of individual vectors, the pause times between the irradiation times of individual vectors, the travel speed of the energy beam, the hatch distance between the vectors, the vector sequence, the vector length and/or the vector orientation. In this way, overheating in endangered areas of the component can be prevented. Process parameters are understood to be all variables that influence the manufacturing process using additive manufacturing.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung werden für die Erstellung der Verfahrensanweisung Daten aus der Initial-Verfahrensanweisung eingelesen und/oder eingegeben, wobei die Daten aus der Initial-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 Initial-Verfahrensanweisung stellt grundlegende Daten und Verfahrensparameter zur additiven Herstellung einer Baustruktur bereit, die Grundlage zur Erstellung einer Verfahrensanweisung ist. Mittels der 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 a further embodiment of the invention, data from the initial process instruction is read in and/or entered to create the process instruction, the data from the initial process instruction comprising the structure geometry, the component geometry, the irradiation path of an energy beam, the exposure vectors and/or the process parameters of the beam source and/or the process parameters for influencing the energy input into the structure. The initial process instruction provides basic data and process parameters for the additive manufacture of a structure, which is the basis for creating a process instruction. Using the process instruction, a structure can be produced that does not overheat in particularly vulnerable areas during the manufacturing process and has a lower residual stress distribution when cooled and reworked, which is relevant, for example, in the manufacture of turbine blades.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden für die Erstellung der Verfahrensanweisung Maschinendaten des Additiv-Fertigers eingelesen und/oder eingegeben und/oder für die Erstellung der 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 Verfahrensanweisung herangezogen. Gleichzeitig ist es möglich, Verfahrensanweisungen für unterschiedliche Additiv-Fertiger zu erstellen, das erfindungsgemäße Verfahren kann daher für unterschiedliche Additiv-Fertiger angewendet werden.In a further embodiment of the invention, machine data of the additive manufacturer are read in and/or entered and/or used to create the process instructions, the machine data including the possible process parameters of the additive manufacturer, the possible travel speeds, the possible travel paths of the component to the additive manufacturer. Machine data are different for different additive manufacturers and are therefore used to create the process instructions. At the same time, it is possible to create process instructions for different additive manufacturers, the method according to the invention can therefore be used for different additive manufacturers.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden für die Erstellung der Verfahrensanweisung die Bauteildaten eingelesen und/oder eingegeben und/oder für die Erstellung der Verfahrensanweisung verwendet, wobei die Bauteildaten 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.In a further embodiment of the invention, the component data is read in and/or entered for the creation of the process instructions and/or used for the creation of the process instructions, wherein the component data includes the geometry of the structure, the geometry of the component and/or material data, and wherein the material data includes the phases, the concentration of the phases, the microstructure, the mechanical characteristics, the melting temperature and/or the boiling temperature. A structure to be manufactured often contains thin-walled or overhanging structures. In these areas, the body provides a much smaller thermal capacity locally, so that the structure can overheat locally using standard process parameters. This leads, for example, to undesirably large melt pools, which hinder the manufacturing process by forming large melt beads. Corresponding data must be stored in the database for all possible combinations of process and material parameters. In the individual application, the appropriate data must be retrieved from the database and taken into account when calculating the temperature development.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden für die Erstellung der Verfahrensanweisung Simulationsdaten eingelesen und/oder eingegeben und/oder für die Erstellung der 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 a further embodiment of the invention, simulation data is read in and/or entered and/or used to create the procedural instructions, wherein the simulation data comprises calculated data which was determined on the basis of a model and one or predefined parameters. The simulation data contain data on a building structure in which the shrinkage and the formation of structural stresses are taken into account during shaping by producing a geometry of the building structure modified by means of the simulation process, which assumes the desired geometry of the building structure due to the stresses and shrinkages.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden für die Erstellung der Verfahrensanweisung Experimentaldaten eingelesen und/oder eingegeben und/oder für die Erstellung der 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 Herstellungsprozesse erfasst werden.In a further embodiment of the invention, experimental data is read in and/or entered for the creation of the process instruction and/or used for the creation of the process instruction, wherein the experimental data comprises experimentally determined data. The experimental data comprises data of a building structure that was created in-situ in real time and/or in previous manufacturing processes. With the experimental data, the creation of the second process instruction can include data that is recorded on the basis of real, non-simulated manufacturing processes.

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. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung verwendet der ML- und/oder Al-Algorithmus zur Ermittlung der Verfahrensparameter der 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 a further embodiment of the invention, process parameters of the second process instruction are determined using an ML and/or Al algorithm to create the second process instruction. In a further embodiment of the invention, the ML and/or Al algorithm uses empirical data to determine the process parameters of the process instruction, the empirical data comprising machine data, component data, simulation data and/or experimental data. The empirical data comprises data that was recorded and created using one or more previous additive manufacturing processes for components or building structures as well as the process instructions specific to each component. This data is stored in a database. In the individual application, the appropriate data must be retrieved from the database and used in the context of calculating the temperature development using an ML and/or Al algorithm.

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, Verfahrensanweisungen für unterschiedliche Additiv-Fertiger zu erstellen, das erfindungsgemäße Verfahren kann daher für unterschiedliche Additiv-Fertiger angewendet werden.In a further development of the invention, the experience data includes machine data from different additive manufacturers. In a further embodiment of the invention, the different additive manufacturers include additive manufacturers of different designs. In a further embodiment of the invention, the different additive manufacturers use different CAM processes to manufacture a component. The machine data includes the possible process parameters of the additive manufacturer, the possible travel speeds, the possible travel paths of the component to the additive manufacturer. Machine data is different for different additive manufacturers and is therefore used to create the second process instruction. At the same time, it is possible to create process instructions for different additive manufacturers, the method according to the invention can therefore be used for different additive manufacturers.

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 Verfahrensanweisung werden derartige Erfahrungsdaten herangezogen, eine derartige Verfahrensanweisung kann daher für unterschiedliche CAM-Verfahren verwendet werden.In a further embodiment of the invention, the empirical data includes data from different CAM processes, wherein CAM processes include laser and/or electron beam powder bed fusion, direct energy deposition (DED), binder jetting, fused filament fabrication (FFF), melt filament printing and/or other non-abrasive computer-aided manufacturing processes that rely on a tool path with process parameters assigned to it. Such empirical data is used to create the process instruction, and such a process instruction can therefore be used for different CAM processes.

In einer vorteilhaften Gestaltung der Erfindung umfasst die Verfahrensanweisung gegenüber der Initial-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 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 an advantageous embodiment of the invention, the process instruction includes, compared to the initial process instruction, modified values for the power of the energy beam, the irradiation times of individual vectors, the pause times between the irradiation times of individual vectors, the travel speed of the energy beam, the increase in the hatch distance between the vectors, the vector sequence, the vector length, and/or the vector alignment. Using the process instruction, a structure can be produced that does not overheat in particularly vulnerable areas during the production process and has a lower residual stress distribution when cooled and reworked. The structure to be produced is therefore better protected against local overheating.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die nach der Verfahrensanweisung gefertigte Baustruktur und/oder das nach der Verfahrensanweisung gefertigte Bauteil eine gegenüber einem nach der Initial-Verfahrensanweisung gefertigten Baustruktur und/oder einem nach der Initial-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 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 a further embodiment of the invention, the structure manufactured according to the process instructions and/or the component manufactured according to the process instructions has mechanical characteristics that are different from those of a structure manufactured according to the initial process instructions and/or a component manufactured according to the initial process instructions. In a further aspect of the invention, the mechanical characteristics include the residual stress distribution in the structure and/or the component. The component manufactured according to the process instructions advantageously has a minimized residual stress distribution. The mechanical characteristics of the component are significantly improved compared to previously known methods. Using the method according to the invention, local overheating is avoided, the quality of the finished product is increased and the production yield is increased by producing less scrap.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird während des Fertigungsprozesses in dem nach der Verfahrensanweisung gefertigte Baustruktur und/oder in dem nach der Verfahrensanweisung gefertigte Bauteil eine gegenüber einem nach der Initial-Verfahrensanweisung gefertigten Baustruktur und/oder einem nach der Initial-Verfahrensanweisung gefertigten Bauteil veränderte Eigenspannungsverteilung erzeugt. Vorteilhafterweise weist das nach der 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 a further embodiment of the invention, during the manufacturing process, a different residual stress distribution is generated in the structural element manufactured according to the process instruction and/or in the component manufactured according to the process instruction compared to a structural element manufactured according to the initial process instruction and/or a component manufactured according to the initial process instruction. Advantageously, the component manufactured according to the process instruction has a minimized residual stress distribution. The mechanical characteristics of the component are significantly improved compared to previously known processes. Using the process according to the invention, local overheating is avoided, the quality of the finished product is increased and the production yield is increased by producing less scrap.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die nach der Verfahrensanweisung gefertigte Baustruktur eine gegenüber einer nach der Initial-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 Verfahrensanweisung gefertigte Baustruktur eine gegenüber einem nach der Initial-Verfahrensanweisung gefertigten Baustruktur eine in der Geometrie derart veränderte Supportstruktur auf, dass die Supportstruktur unterschiedliche Ansatzpunkte an dem Bauteil aufweist, sodass der Verzug und die Eigenspannungsverteilung im gefertigten Bauteil verändert ist.In a further embodiment of the invention, the construction structure manufactured according to the process instruction has a different geometry than a construction structure manufactured according to the initial process instruction. A geometry in the sense of the invention is a spatial arrangement and includes properties such as angle, thickness and structure of the construction structure. In a development of the invention, the changed geometry includes the geometry of the component. In a further aspect of the invention, the changed geometry includes the geometry of the support structure. Preferably, the construction structure manufactured according to the process instruction has a support structure with a different geometry than a construction structure manufactured according to the initial process instruction in such a way that the support structure has different attachment points on the component, so that the distortion and the residual stress distribution in the manufactured component are changed.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung greift die erste Methode zur Erstellung der Initial-Verfahrensanweisung auf einen ersten Satz Erfahrungsdaten zu und die zweite Methode greift zur Erstellung der 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 Initial-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 Verfahrensanweisung die Maschinendaten des Additiv-Fertigers, Bauteildaten, Simulationsdaten und/oder Experimentaldaten auf.In a further embodiment of the invention, the first method for creating the initial process instruction accesses a first set of empirical data and the second method accesses a second set of empirical data for creating the process instruction, wherein the first set of empirical data is different from the second set of empirical data. The first set of empirical data comprises data that was recorded and created using one or more previous additive manufacturing processes of components or building structures as well as the process instructions specific to each component. The empirical data includes machine data of the additive manufacturer for which the initial process instruction is to be created, as well as component data, simulation data of the temperature distribution in the building structure during the manufacturing process and/or experimental data. The second set of empirical data comprises the machine data of the additive manufacturer, component data, simulation data and/or experimental data for determining the process parameters of the process instruction.

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 a further embodiment of the invention, the first set of experience data is stored on a first storage device and the second set of experience data is stored on a second storage device, wherein the first storage device is different from the second storage device. In the context of the invention, a storage device is understood to mean, for example, a computer-readable memory in the form of a random access memory (RAM) or a hard drive. Cloud storage is also possible.

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 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.In a further embodiment of the invention, the additive manufacturing of a component comprises CAM processes, wherein CAM processes comprise laser and/or electron beam powder bed fusion, direct energy deposition (DED), binder jetting and/or other non-abrasive computer-aided manufacturing processes that are based on a tool path with process parameters assigned to it. The method according to the invention for creating a process instruction and the created process instruction can therefore be used for different CAM processes.

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.Embodiments of the method according to the invention for providing a process instruction for the additive manufacturing of a component are shown in a simplified schematic form in the drawings and are explained in more detail in the following description.

Es zeigen:

1: Verfahren aus dem Stand der Technik zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung
2: Erfindungsgemäßes Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung
3: Erfindungsgemäßes Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, zwei unterschiedliche Computereinheiten
4: Erfindungsgemäßes Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, zwei unterschiedliche Speichereinrichtungen
5: Erfindungsgemäßes Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, zwei unterschiedliche Softwareprogramme
6: Schichtstruktur mit Voxelstruktur, Voxel sind Punkte
7: Schichtstruktur mit Voxelstruktur, Voxel sind Quadrate
8: Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung
9: Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, Fertigung eines ersten Abschnitts des Bauteils
10: Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung, getrennte Computereinheiten und getrennte Softwareprogramme

Show it:

1 : State of the art method for providing a procedural instruction
2 : Inventive method for providing a procedural instruction
3 : Inventive method for providing a process instruction, two different computer units
4 : Inventive method for providing a process instruction, two different storage devices
5 : Inventive method for providing a procedural instruction, two different software programs
6 : Layer structure with voxel structure, voxels are points
7 : Layer structure with voxel structure, voxels are squares
8th : Flowchart of the method according to the invention for providing a process instruction
9 : Flowchart of the method according to the invention for providing a process instruction, manufacturing a first section of the component
10 : Flowchart of the method according to the invention for providing a method instruction, separate computer units and separate software programs

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. 1 shows an embodiment of a method for providing a process instruction, as is known from the prior art. The starting point for carrying out additive manufacturing is a description of the workpiece using a data set. The data set for the structure of the component to be manufactured is created using 3D modeling software (e.g. a CAD program). The data set contains the three-dimensional data for preparation for production using the additive manufacturing process.

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 130', welcher eine zum additiven Herstellen M geeignete Aufbereitung der Geometrie des Werkstücks in Lagen oder Scheiben (sog. Slices) enthält. Diese Transformation der Daten wird als Slicen 120 bezeichnet.This is followed by preprocessing 110 on the construction platform in such a way that the data set comprises a volume model of the component to be manufactured and is exported in another form that represents the self-contained surface geometry of the object. A manufacturing data set is generated 130' from the data set, which contains a preparation of the geometry of the workpiece in layers or disks (so-called slices) suitable for additive manufacturing M. This transformation of the data is referred to as slicing 120.

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 Prozessparameter und Werkzeugpfade werden im folgenden Verfahrensschritt generiert 150 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.In addition, the additive manufacturer requires further process parameters and tool paths for production, e.g. the height of the layers to be produced, the orientation of the writing vectors, i.e. the direction and length of the path. These process parameters and tool paths are generated in the following process step 150 and sent to the additive manufacturer 300a/b. In the actual production process M, the structure described using the CAD process CAD is additively manufactured layer by layer in the additive manufacturer using the CAM process.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zeigt 2. In diesem und allen folgenden Ausführungsbeispielen wird eine Verfahrensanweisung erstellt, um eine Baustruktur mittels Directed Energy Deposition (DED) herzustellen. Bei der DED wird ein Pulver oder ein Draht koaxial zu einem Laser zugeführt, um eine geschmolzene oder gesinterte Schicht auf einem Substrat zu bilden. Bei der DED sind häufig Stützstrukturen notwendig, um die Teile auf der Bauplatte zu befestigen und Überhänge abzusichern.An embodiment of the method according to the invention for providing a method instruction shows 2 . In this and all subsequent embodiments, a process instruction is created to produce a build structure using Directed Energy Deposition (DED). In DED, a powder or wire is fed coaxially to a laser to form a molten or sintered layer on a substrate. In DED, support structures are often necessary to attach the parts to the build plate and to secure overhangs.

Zuerst erfolgt ebenfalls eine 3D-Modellierung des Werkstücks mittels eines Datensatzes, der mittels eines CAD-Programms erstellt CAD wird. Das CAD-Programm wird in diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen auf einer Computereinheit erstellt, die separat von der Computereinheit ist, mit der eine Initial-Verfahrensanweisung und eine Verfahrensanweisung erstellt wird. Das CAD-Programm ist ebenfalls unterschiedlich zu den entsprechenden Computerprogrammen zur Erstellung der Initial-Verfahrensanweisung und der Verfahrensanweisung. 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).First, the workpiece is 3D modeled using a data set that is created using a CAD program. In this and the following embodiments, the CAD program is created on a computer unit that is separate from the computer unit used to create an initial process instruction and a process instruction. The CAD program is also different from the corresponding computer programs used to create the initial process instruction and the process instruction. The CAD model contains data to describe the structure to be manufactured. The data is provided in standardized file formats, for example as an STL file (STL: Standard Tessellation Language).

Im Anschluss daran erfolgt wiederum eine Vorverarbeitung 110 auf der Bauplattform, nachgefolgt vom Slicing 120. Im folgenden Verfahrensschritt erfolgt das Erstellen einer Voxelstruktur V der Baustruktur.This is followed by pre-processing 110 on the build platform, followed by slicing 120. In the next process step, a voxel structure V of the build structure is created.

Im anschließenden Verfahrensschritt wird eine Initial-Verfahrensanweisung generiert 100, wobei die Daten der Initial-Verfahrensanweisung die Baustrukturgeometrie, die Bauteilgeometrie sowie die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur umfasst.In the subsequent process step, an initial process instruction is generated 100, whereby the data of the initial process instruction includes the building structure geometry, the component geometry and the process parameters for influencing the energy input into the building structure.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt 3. Hier wird die Initial-Verfahrensanweisung auf einer ersten Computereinheit COMP1 erstellt 130', die Verfahrensanweisung wird auf einer zweiten Computereinheit COMP2 erstellt 200. A further embodiment of the method according to the invention shows 3 Here, the initial procedural instruction is created on a first computer unit COMP1 130', the procedural instruction is created on a second computer unit COMP2 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 Initial-Verfahrensanweisung generiert 130', wobei die Daten der Initial-Verfahrensanweisung die Baustrukturgeometrie, die Bauteilgeometrie sowie die Verfahrensparameter zur Beeinflussung des Energieeintrags in die Baustruktur umfassen.First, a 3D model of the workpiece is created on the first computer unit COMP1 using a data set that is created using a CAD program. This is followed by preprocessing 110 on the construction platform, followed by slicing 120. In the next process step, an initial process instruction is generated 130', whereby the data of the initial process instruction include the construction structure geometry, the component geometry and the process parameters for influencing the energy input into the construction structure.

Zur Erstellung 200 einer Verfahrensanweisung werden diese Daten der ersten Verfahrensanweisung an die zweite Computereinheit COMP2 gesendet 150, von dieser eingelesen und für die Erstellung 200 der zweiten Verfahrensanweisung herangezogen. Dazu erfolgt auf der zweiten Computereinheit COMP2 wiederum ein Erstellen 130 der Voxelstruktur V, und im Anschluss daran wird auf Basis der Voxelstruktur V die Verfahrensanweisung generiert 200.To create 200 a procedural instruction, these data of the first procedural instruction are sent 150 to the second computer unit COMP2, read in by it and used to create 200 the second procedural instruction. For this purpose, the second computer unit COMP2 again creates 130 the Voxel structure V, and subsequently the procedural instruction is generated on the basis of the voxel structure V 200.

Die Verfahrensanweisung wird an den Additiv-Fertiger gesendet 300a/b, und die herzustellende Baustruktur wird mittels der Verfahrensanweisung schichtweise additiv gefertigt M.The process instruction is sent to the additive manufacturer 300a/b, and the building structure to be manufactured is additively manufactured layer by layer using the process instruction M.

4 und 5 zeigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Initial-Verfahrensanweisung wird auf optional einer ersten Computereinheit COMP1 und die Verfahrensanweisung optional auf einer zweiten Computereinheit COMP2 erstellt (4). Außerdem wird die Initial-Verfahrensanweisung auf einer ersten Computereinheit COMP1 mittels einer ersten Methode PROG1 erstellt 100, die Verfahrensanweisung wird optional auf einer zweiten Computereinheit COMP2 mittels einer zweiten Methode PROG2 erstellt 200 (5). 4 and 5 show embodiments of the method according to the invention. The initial process instruction is optionally created on a first computer unit COMP1 and the process instruction is optionally created on a second computer unit COMP2 ( 4 ). In addition, the initial procedure instruction is created on a first computer unit COMP1 using a first method PROG1 100, the procedure instruction is optionally created on a second computer unit COMP2 using a second method PROG2 200 ( 5 ).

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.In each case, the first method PROG1 is different from the second method PROG2, the first computer unit COMP1 is different from the second computer unit COMP2 and the first storage device DB1 is different from the second storage device 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 optional auf der ersten Computereinheit COMP1 eine Initial-Verfahrensanweisung generiert 130', wobei die Daten der Initial-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.First, the workpiece is also 3D modeled using a data set that is created using a CAD program. This is followed by preprocessing 110 on the construction platform using the first method PROG1, followed by slicing 120. In the following process step, an initial process instruction is also optionally generated 130' on the first computer unit COMP1 using the first method PROG1, whereby the data of the initial process instruction includes the construction structure geometry, the component geometry and the process parameters for influencing the energy input into the construction structure. These data and process parameters depend on the material of the construction structure and on the CAM process that the additive manufacturer uses to manufacture the construction structure or the component.

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 Initial-Verfahrensanweisung erstellt werden soll, sowie Bauteildaten, Simulationsdaten der Temperaturverteilung in der Baustruktur während des Herstellungsprozesses und/oder Experimentaldaten.To do this, the first method PROG1 accesses 140 a first set of empirical data that is stored on a first storage device DB1. The first set of empirical data comprises data that was recorded and created using one or more previous additive manufacturing processes for components or building structures as well as the process instructions specific to each component. The empirical data includes machine data of the additive manufacturer for which the initial process instruction is to be created, as well as component data, simulation data of the temperature distribution in the building structure during the manufacturing process and/or experimental data.

Die mittels der ersten Methode PROG1 erstellten Daten und Verfahrensparameter der Initial-Verfahrensanweisung werden zur Erstellung 200 der Verfahrensanweisung an die zweite Methode PROG2 gesendet 150 und 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.The data and process parameters of the initial process instruction created using the first method PROG1 are sent 150 to the second method PROG2 to create 200 the process instruction and are read in by the second method PROG2. Machine data of the additive manufacturer, component data, simulation data and experimental data are stored on a second storage device DB2 and are loaded from this to create 200 the second process instruction.

Ebenfalls werden zur Erstellung 200 der Verfahrensanweisung Bauteildaten eingelesen und/oder eingegeben 210 und für die Erstellung 200 der Verfahrensanweisung genutzt. Die Bauteildaten umfassen die Geometrie der Baustruktur, die Geometrie des Bauteils und/oder Materialdaten, 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. Zusätzlich werden zur Erstellung 200 der Verfahrensanweisung Simulationsdaten eingelesen und/oder eingegeben 210. Die Simulationsdaten umfassen berechnete Daten, die auf Grundlage eines Modells und eingegebener oder vorgegebener Parameter ermittelt wurden.Component data is also read in and/or entered 210 to create 200 the process instruction and used to create 200 the process instruction. The component data includes the geometry of the structure, the geometry of the component and/or material data, whereby the material data includes the phases and the concentration of the phases at a given temperature profile, the microstructure, the mechanical characteristics, the melting temperature and/or the boiling temperature. In addition, simulation data is read in and/or entered 210 to create 200 the process instruction. The simulation data includes calculated data that was determined on the basis of a model and entered or specified parameters.

Außerdem werden zur Erstellung 200 der Verfahrensanweisung Experimentaldaten eingelesen und/oder eingegeben 210. Die Experimentaldaten umfassen experimentell ermittelte Daten und Verfahrensparameter, die in Echtzeit während des Herstellungsprozesses M der Baustruktur ermittelt werden und/oder aus vorhergehenden Herstellungsprozessen ermittelt wurden.In addition, experimental data are read in and/or entered 210 to create 200 the process instruction. The experimental data include experimentally determined data and process parameters that are determined in real time during the manufacturing process M of the building structure and/or were determined from previous manufacturing processes.

Maschinendaten des Additiv-Fertigers, Bauteildaten, Simulationsdaten und Experimentaldaten sind auf einer zweiten Speichereinrichtung DB2 gespeichert und werden zur Erstellung 200 der Verfahrensanweisung von dieser geladen.Machine data of the additive manufacturer, component data, simulation data and experimental data are stored on a second storage device DB2 and are loaded from there to create 200 the process instruction.

Die Verfahrensanweisung enthält Verfahrensparameter, die vorteilhafterweise mittels eines Verbesserungsalgorithmus ermittelt werden. Der Verbesserungsalgorithmus 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.The process instruction contains process parameters that are advantageously determined by means of an improvement algorithm. The improvement algorithm uses empirical data to determine the process parameters of the second process instruction, the empirical data comprising the machine data of the additive manufacturer, component data, simulation data and/or experimental data that are stored on the second storage device DB2.

In diesem und allen vorherigen Ausführungsbeispielen ist der Verbesserungsalgorithmus ein ML- und/oder Al-Algorithmus. Alternativ oder zusätzlich kann ein Simulationsalgorithmus eingesetzt werden, der mittels z.B. FEM die Temperaturverteilung während des Herstellungsprozesses M und damit den Eigenspannungsverlauf in der Baustruktur simuliert. Der Verbesserungsalgorithmus kann vorteilhafterweise ein material-, zeit- und raumskalenspezifisches Modell der Baustruktur und des Herstellungsprozesses M derart erstellen, dass gegenüber der Initial-Verfahrensanweisung veränderte Parameter der Verfahrensanweisung aus der Gruppe Leistung des Energiestrahls, Bestrahlungszeit einzelner Vektoren, Pausenzeit zwischen den Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren, Verfahrgeschwindigkeit des Energiestrahls, Veränderung des Hatch-Abstandes zwischen den Vektoren, der Vektorreihenfolge, der Vektorlänge, Vektorausrichtung und/oder Geometrie der Stützstruktur verändert werden und eine verminderten Verzug und verbesserte Eigenspannungsverteilung in dem gefertigten Bauteil erzeugt.In this and all previous embodiments, the improvement algorithm is an ML and/or Al algorithm. Alternatively or additionally, a simulation algorithm can be used which, for example, uses FEM to simulate the temperature distribution during the manufacturing process M and thus the residual stress profile in the building structure. The improvement algorithm can advantageously create a material-, time- and space-scale-specific model of the building structure and the manufacturing process M in such a way that parameters of the building instruction from the group of power of the energy beam, irradiation time of individual vectors, pause time between the irradiation times of individual vectors, travel speed of the energy beam, change in the hatch distance between the vectors, the vector sequence, the vector length, vector orientation and/or geometry of the support structure are changed compared to the initial process instruction and produce reduced distortion and improved residual stress distribution in the manufactured component.

Der ML- und/oder Al-Algorithmus setzt Reinforcement Learning ein. 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.The ML and/or AI algorithm uses reinforcement learning. Reinforcement learning (RL) refers to a series of machine learning methods in which an agent independently learns a strategy to maximize the rewards it receives. The agent is not shown which action is best in which situation, but rather receives a reward at certain times through interaction with its environment, which can also be negative. Other options include using an ML and/or AI algorithm that uses supervised learning or unsupervised learning or intermediate stages of supervised learning or unsupervised learning. Deep learning can also be used.

Die Verfahrensanweisung wird an den Additiv-Fertiger gesendet 300a/b, und die herzustellende Baustruktur wird mittels der Verfahrensanweisung additiv gefertigt M.The process instruction is sent to the additive manufacturer 300a/b, and the building structure to be manufactured is additively manufactured using the process instruction M.

6 und 7 zeigen Ausführungsbeispiele einer Voxelstruktur V. Ein Voxel VO kann ein Punkt (6) oder eine Fläche bzw. ein Volumen (7) sein. Die Voxelstruktur V wird für jede Schicht SL separat erstellt, d.h. die Verteilung und Anordnung der Voxel VO werden für jede Schicht SL individuell erstellt. Die Voxelstruktur V weist in einer Schicht SL eine zweidimensionale Struktur auf, wobei die zweidimensionale Struktur ein zweidimensionales Punktgitter bildet und damit die Fläche der Schicht SL vollständig bedeckt. Die Voxel VO in einer Schicht SL weisen also außer an den Begrenzungslinien einer Schicht SL einen zueinander gleichen Abstand auf. In Kombination mit dem Abstand der Schichten SL zueinander ergibt sich aus der zweidimensionalen Voxelstruktur V die dreidimensionale Struktur der Baustruktur bzw. des Bauteils. 6 and 7 show examples of a voxel structure V. A voxel VO can be a point ( 6 ) or an area or volume ( 7 ). The voxel structure V is created separately for each layer SL, i.e. the distribution and arrangement of the voxels VO are created individually for each layer SL. The voxel structure V has a two-dimensional structure in a layer SL, whereby the two-dimensional structure forms a two-dimensional point grid and thus completely covers the surface of the layer SL. The voxels VO in a layer SL are therefore equidistant from one another except at the boundary lines of a layer SL. In combination with the distance between the layers SL, the two-dimensional voxel structure V results in the three-dimensional structure of the building structure or component.

Im Falle einer flächigen Ausführung (7) eines Voxels VO ist die geometrische Form der Fläche bzw. eines Volumens derart, dass die Fläche bzw. das Volumen der Schicht SL vollständig durch die Flächen bzw. Volumina der Voxelstruktur V innerhalb der Schicht SL bedeckt ist. Die geometrische Form eines Voxels VO ist daher z.B. kein Kreis, kein Achteck usw. Es sind daher geometrische Formen der Voxel möglich, bei denen die Voxel VO kongruente Polygone bilden. Möglich sind z.B. Platonische Parkettierungen, wobei die Flächen gleichseitig sind. Duale Parkettierungen sind ebenfalls möglich.In the case of a flat design ( 7 ) of a voxel VO is the geometric shape of the surface or volume such that the surface or volume of the layer SL is completely covered by the surfaces or volumes of the voxel structure V within the layer SL. The geometric shape of a voxel VO is therefore not a circle, an octagon, etc. Geometric shapes of the voxels are therefore possible in which the voxels VO form congruent polygons. Possible examples include Platonic tilings, where the surfaces are equilateral. Dual tilings are also possible.

Jedem Voxel VO werden Verfahrensparameter zugewiesen. Die den Voxeln VO zugewiesenen Verfahrensparameter umfassen einen oder mehrere Parameter aus der Gruppe Leistung des Energiestrahls, Bestrahlungszeit einzelner Vektoren, Pausenzeit zwischen den Bestrahlungszeiten einzelner Vektoren, Verfahrgeschwindigkeit des Energiestrahls, Veränderung des Hatch-Abstandes zwischen den Vektoren, der Vektorreihenfolge, der Vektorlänge und/oder die Vektorausrichtung. Insbesondere umfassen die Verfahrensparameter den Zeitpunkt, an dem jedes einzelne Voxel VO während der additiven Fertigung gefertigt wird. Durch geeignete Wahl des Zeitpunktes der additiven Fertigung eines jeden Voxels VO können lokale Überhitzungen in Bereichen mit geringer thermischer Kapazität der Baustruktur vermieden werden. Der Prozess der additiven Fertigung M ist daher demzufolge nicht ein schichtweiser Aufbau der einzelnen Schichten SL, sondern im Idealfall ein punktförmiger Aufbau, wobei bei der additiven Fertigung alle Voxel VO jeweils einer Schicht SL additiv gefertigt werden.Process parameters are assigned to each voxel VO. The process parameters assigned to the voxels VO include one or more parameters from the group of energy beam power, irradiation time of individual vectors, pause time between the irradiation times of individual vectors, travel speed of the energy beam, change in the hatch distance between the vectors, the vector sequence, the vector length and/or the vector orientation. In particular, the process parameters include the time at which each individual voxel VO is manufactured during additive manufacturing. By appropriately choosing the time of additive manufacturing of each voxel VO, local overheating in areas with low thermal capacity of the structure can be avoided. The process of additive manufacturing M is therefore not a layer-by-layer construction of the individual layers SL, but ideally a point-like construction, whereby in additive manufacturing all voxels VO of one layer SL are additively manufactured.

Im Falle einer punktförmigen Ausführung (6) eines Voxels VO weisen die einem Voxel VO zugewiesenen Verfahrensparameter einen einzelnen Wert auf, dabei weisen die Verfahrensparameter für jedes Voxel VO unterschiedliche Werte auf. Im Falle einer flächigen Ausführung (7) eines Voxels VO können die einem Voxel VO zugewiesenen Verfahrensparameter zusätzlich zu unterschiedlichen Werten für jedes Voxel VO auf einen Werteverlauf aufweisen, also einen Gradienten z.B. in der Leistung des Energieeintrags in das Voxel VO.In the case of a point-like execution ( 6 ) of a voxel VO, the process parameters assigned to a voxel VO have a single value, whereby the process parameters have different values for each voxel VO. In the case of a planar execution ( 7 ) of a voxel VO, the process parameters assigned to a voxel VO can, in addition to different values for each voxel VO, exhibit a value curve, i.e. a gradient, for example, in the power of the energy input into the voxel VO.

8 und 9 zeigen Ausführungsbeispiele eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Erstellung einer Initial-Verfahrensanweisung ( 8) bzw. einer Verfahrensanweisung. Zuerst erfolgt 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. 8th and 9 show embodiments of a flow chart of the inventive method 100 for creating an initial procedure instruction ( 8th ) or a process instruction. First, a 3D model of the workpiece is created using a data set that is created using a CAD program. This is followed by a pre-processing processing 110 on the build platform, followed by slicing 120.

Danach erfolgt ein Erstellen 130 der Voxelstruktur V. Aus einer ersten Datenbank DB1 wird dann ein erster Satz Erfahrungsdaten geladen 140, der optional 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 Initial-Verfahrensanweisung erstellt werden soll.The voxel structure V is then created 130. A first set of experience data is then loaded 140 from a first database DB1, which is optionally stored on a first storage device DB1. The first set of experience data contains data that was recorded and created using one or more previous additive manufacturing processes for components or building structures as well as the process instructions specific to each component. The experience data includes machine data from the additive manufacturer for which the initial process instruction is to be created.

Diese so ermittelte Initial-Verfahrensanweisung wird an einen Additiv-Fertiger versendet 300a/b (8) und aufgrund der Initial-Verfahrensanweisung die Baustruktur gefertigt M.This initial process instruction is sent to an additive manufacturer 300a/b ( 8th ) and manufactured the building structure based on the initial procedure instruction M.

Vorteilhafterweise ist mittels der Verfahrensanweisung eine zweite Baustruktur herstellbar, die unterschiedlich ist zur ersten Baustruktur, die mit der in 7 dargestellten Verfahrensweise herstellbar ist. Die mittels der Verfahrensanweisung herstellbare Baustruktur weist eine gegenüber einem nach der Initial-Verfahrensanweisung gefertigten Baustruktur und/oder einem nach der Initial-Verfahrensanweisung gefertigten Bauteil veränderte mechanische Kennwerte auf, wobei die mechanischen Kennwerte mittels der Verfahrensanweisung herstellbaren Baustruktur insbesondere einen geringeren Verzug und insbesondere verbesserte Eigenspannungsverteilung gegenüber der mittels der Initial-Verfahrensanweisung herstellbaren Baustruktur aufweist. Die mittels der Verfahrensanweisung herstellbaren Baustruktur weist daher gegenüber der mittels der Initial-Verfahrensanweisung herstellbaren Baustruktur eine veränderte Geometrie insbesondere der Supportstruktur, ggf. auch des Bauteils auf.Advantageously, a second construction structure can be produced by means of the process instruction, which is different from the first construction structure, which is 7 The structure that can be manufactured using the process instructions has mechanical characteristics that are different from those of a structure manufactured using the initial process instructions and/or a component manufactured using the initial process instructions, with the mechanical characteristics of the structure that can be manufactured using the process instructions having in particular less distortion and in particular improved residual stress distribution compared to the structure that can be manufactured using the initial process instructions. The structure that can be manufactured using the process instructions therefore has a different geometry, particularly of the support structure and possibly also of the component, compared to the structure that can be manufactured using the initial process instructions.

Die Verfahrensanweisung enthält Verfahrensparameter, die mittels eines Verbesserungsalgorithmus ermittelt 230 werden. Der Verbesserungsalgorithmus verwendet zur Ermittlung 230 der Voxelstruktur V der Verfahrensanweisung Erfahrungsdaten, wobei die Erfahrungsdaten die Maschinendaten des Additiv-Fertigers, Bauteildaten, Simulationsdaten und/oder Experimentaldaten umfassen, die optional auf der zweiten Speichereinrichtung DB2 gespeichert sind. Im Anschluss daran erfolgt eine Abfrage 240, ob aufgrund der mittels des Verbesserungsalgorithmus ermittelten Verfahrensparameter eine geringere, insbesondere minimierte Eigenspannungsverteilung in der Voxelstruktur V erzielt wird. Dieses Verfahren wird so lange angewendet, bis alle Voxel VO der Voxelstruktur V und deren Verfahrensparameter ermittelt sind. Diese so ermittelte 400 Verfahrensanweisung wird an einen Additiv-Fertiger versendet 300a/b ( 9) und aufgrund der Verfahrensanweisung die Baustruktur gefertigt M.The process instruction contains process parameters that are determined 230 by means of an improvement algorithm. The improvement algorithm uses empirical data to determine 230 the voxel structure V of the process instruction, the empirical data comprising the machine data of the additive manufacturer, component data, simulation data and/or experimental data that are optionally stored on the second storage device DB2. This is followed by a query 240 as to whether a lower, in particular minimized, residual stress distribution in the voxel structure V is achieved due to the process parameters determined by means of the improvement algorithm. This process is applied until all voxels VO of the voxel structure V and their process parameters have been determined. This process instruction determined 400 in this way is sent to an additive manufacturer 300a/b ( 9 ) and manufactured the building structure based on the procedural instructions M.

10 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiele von Ablaufdiagrammen des erfindungsgemäßen Verfahrens 400. Das hier gezeigte Ausführungsbeispiele entspricht dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel (s. 8), lediglich die Verfahrensschritte Vorverarbeitung auf Bauplattform 110, Slicen 120 und Erstellung 100 einer Initial-Verfahrensanweisung 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 Erstellen 130 der Voxelstruktur, Erstellen der Verfahrensanweisung unter Einbeziehung der Daten aus der Initial-Verfahrensanweisung und Anwendung 230 eines Verbesserungsalgorithmus und Abfrage 240 mittels einer zweiten Methode PROG2, also einem zweiten Computerprogramm PROG2 ausgeführt. Dabei sind erstes PROG1 und zweites Computerprogramm PROG2 unterschiedlich zueinander ausgeführt. Das erste Computerprogramm PROG1 weist im Gegensatz zum zweiten Computerprogramm PROG2 keinen ML-Algorithmus AI/ML auf. 10 shows a preferred embodiment of flow charts of the method 400 according to the invention. The embodiment shown here corresponds to the previous embodiment (see 8th ), only the process steps of preprocessing on construction platform 110, slicing 120 and creation 100 of an initial process instruction are carried out on the first computer unit COMP1 using a first method PROG1, i.e. a first computer program PROG1. On the second computer unit COMP2, the process steps of creating 130 the voxel structure, creating the process instruction taking into account the data from the initial process instruction and applying 230 an improvement algorithm and querying 240 are carried out using a second method PROG2, i.e. a second computer program PROG2. The first PROG1 and the second computer program PROG2 are executed differently from one another. The first computer program PROG1, in contrast to the second computer program PROG2, does not have an ML algorithm AI/ML.

Der Verbesserungsalgorithmus ist hier ein ML-Algorithmus. Die mittels des ML-Algorithmus ermittelten Verfahrensparameter der Voxelstruktur V werden in weiteren Iterationen der Anwendung der zweiten Methode PROG2 so lange als Startwert der Anwendung 230 eines ML-Algorithmus angewendet, bis ein Minimum des Verzugs und ein Optimum der Eigenspannungsverteilung in der Voxelstruktur V ermittelt ist. Die Verfahrensanweisung weist also Verfahrensparameter auf, mit denen eine Baustruktur mit minimierter Eigenspannungsverteilung herstellbar ist. Die Verfahrensanweisung wird an den Additiv-Fertiger gesendet 300a/b, und die herzustellende Baustruktur wird mittels der zweiten Verfahrensanweisung additiv gefertigt M.The improvement algorithm here is an ML algorithm. The process parameters of the voxel structure V determined using the ML algorithm are used in further iterations of the application of the second method PROG2 as the starting value of the application 230 of an ML algorithm until a minimum of the distortion and an optimum of the residual stress distribution in the voxel structure V are determined. The process instruction therefore has process parameters with which a structure with minimized residual stress distribution can be produced. The process instruction is sent to the additive manufacturer 300a/b, and the structure to be produced is additively manufactured using the second process instruction M.

Alternativ wird der ML-Algorithmus genutzt, um mittels der 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 Voxelstruktur V mittels Verfahrensschritte 220 bis 240 der so lange optimiert, bis ein minimierter Verzug und optimierte Eigenspannungsverteilung in der Voxelstruktur V ermittelt ist.Alternatively, the ML algorithm is used to use the empirical data to determine a prediction model of the distortion and residual stress distribution in the structure to be manufactured 230. This prediction model is used by the second method PROG2 as a starting value for optimization algorithms. Using the optimization algorithms, process parameters of the voxel structure V are optimized using process steps 220 to 240 until a minimized distortion and optimized residual stress distribution in the voxel structure V is determined.

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, Fused Filament Fabrication (FFF), Schmelzfilamentdruck und/oder andere nicht abrasive Verfahren der rechnergestützten Fertigung, die sich auf einen Werkzeugpfad mit diesem zugewiesenen Prozessparametern stützen.By means of the method 400 according to the invention, a method instruction for the additive manufacturing of a building structure is provided, with which a building structure can be produced by means of different CAM processes. The CAM processes include laser and/or electron beam powder bed fusion, direct energy deposition (DED), binder jetting, fused filament fabrication (FFF), melt filament printing and/or other non-abrasive computer-aided manufacturing processes that rely on a tool path with associated process parameters.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS

CADCAD: Erstellen eines CAD-ModellsCreating a CAD model
VV: VoxelstrukturVoxel structure
SLSL: Schichtlayer
VOVO: VoxelVoxels
COMP1COMP1: Erste ComputereinheitFirst computer unit
COMP2COMP2: Zweite ComputereinheitSecond computer unit
PROG1PROG1: Erste SoftwareFirst software
PROG2PROG2: Zweite SoftwareSecond software
DB1DB1: Erste SpeichereinrichtungFirst storage facility
DB2DB2: Zweite SpeichereinrichtungSecond storage device
S1S1: DetektionseinrichtungDetection device
MM: Ausführen der Verfahrensanweisung / Additive Fertigung des BauteilsExecution of the process instruction / additive manufacturing of the component
100100: Erstellen der Initial-VerfahrensanweisungCreating the initial procedure instruction
110110: Vorverarbeitung auf Bauplattform / in ProzesskammerPre-processing on build platform / in process chamber
120120: Slicen / Erstellen einer SchichtstrukturSlicing / creating a layer structure
130130: Erstellen einer VoxelstrukturCreating a voxel structure
130'130': Generierung der Prozessparameter und WerkzeugpfadeGeneration of process parameters and tool paths
140140: Einlesen von Daten aus erster DatenbankReading data from the first database
150150: Generierung der Prozessparameter und Werkzeugpfade mittels der Daten aus erster DatenbankGeneration of process parameters and tool paths using data from the first database
200200: Erstellen einer VerfahrensanweisungCreating a procedure instruction
210210: Einlesen von Daten aus zweiter DatenbankReading data from a second database
220220: Einlesen von Daten aus der Initial-VerfahrensanweisungReading data from the initial procedure instruction
230230: Erstellen der Verfahrensanweisung unter Einbeziehung der Daten aus der Initial-Verfahrensanweisung und Anwendung eines VerbesserungsalgorithmusCreating the procedure instruction using the data from the initial procedure instruction and applying an improvement algorithm
240240: Abfragequery
250250: Versenden der VerfahrensanweisungSending the procedure instructions
300a/b300a/b: Versenden der Verfahrensanweisung an den Additiv-FertigerSending the process instructions to the additive manufacturer
400400: Verfahren zur Bereitstellung einer Verfahrensanweisung zur additiven Fertigung eines BauteilsProcedure for providing a process instruction for the additive manufacturing of a component

Claims

Method (400) for providing a process instruction for additive manufacturing (M) of a component with the process steps: • Reading in geometric data of the component • Creating (120) a layer structure of a building structure, wherein the building structure comprises the component • Creating (130) a voxel structure (V) of the building structure • Creating (200) a process instruction for additive manufacturing of the building structure based on the voxel structure (V)

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to Claim 1 , characterized in that a layer structure is created (120) from the geometric data of the component.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to Claim 2 , characterized in that a voxel structure (V) is created (130) from the layer structure.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component Claim 2 or 3 , characterized in that the voxel structure (V) is created (130) separately for each layer (SL).

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the Claims 2 until 4 , characterized in that the voxel structure (V) in a layer (SL) has a two-dimensional structure.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in net that the building structure and/or the layer structure comprise a supporting structure.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that each voxel (VO) is assigned a process parameter.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that each voxel (VO) is assigned the same process parameter.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the process parameters assigned to the voxels (VO) have different values.

Method (400) for providing a method instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the method parameters assigned to the voxels (VO) comprise one or more parameters from the group consisting of power of the energy beam, irradiation time of individual vectors, pause time between the irradiation times of individual vectors, travel speed of the energy beam, change in the hatch distance between the vectors, the vector sequence, the vector length and/or the vector orientation.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the process parameters assigned to the voxels (VO) comprise a single value and/or a value progression of the assigned process parameter.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the voxels (VO) are equidistant from one another.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that a process instruction is created (200) from an initial process instruction.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that an improvement algorithm is applied to the initial process instruction (230) to create (200) the process instruction.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the improvement algorithm comprises a simulation algorithm and/or an ML algorithm.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the improvement algorithm comprises a material-, time- and space-scale-specific model.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the process parameters are changed by the application of the improvement algorithm.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the geometry of the support structure is changed by the application of the improvement algorithm.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the voxel structure (V) is changed by the application of the improvement algorithm.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the improvement algorithm is trained by experimental and/or simulation data.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that calculated data are determined from the experimental data.

Method (400) for providing a method instruction for the additive manufacturing of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the experimental data comprises the local temperature, power of the energy beam, irradiation time of individual vectors, pause time between the irradiation times of individual vectors, and/or the travel speed of the energy beam.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that experimental data are recorded during the execution of a first part of the process instruction for the manufacture (M) of a first section of the component.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the experimental data are recorded in-situ.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that during the execution of the process instruction, a second part of the process instruction for the manufacture (M) of the component is created from the experimental data recorded in-situ.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the second part of the process instruction is created for the manufacture (M) of a second section of the component.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the second part of the process instruction has modified parameters for the manufacturing (M) of the same section of the component compared to the process instruction.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that data from a database (DB2) are read in (210) for the application of the improvement algorithm.

Method (400) for providing a process instruction for the additive manufacturing (M) of a component according to one or more of the preceding claims, characterized in that the data read in from the database (DB2) comprise experimental and/or simulation data.