DE102022200167A1

DE102022200167A1 - Belichtungsstrategie an Scanfeldgrenzen

Info

Publication number: DE102022200167A1
Application number: DE102022200167.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Grünberger; Stephan Tenbrink
Original assignee: EOS GmbH
Current assignee: EOS GmbH
Priority date: 2022-01-10
Filing date: 2022-01-10
Publication date: 2023-07-13
Also published as: WO2023131719A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung,wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb eines Baufelds (8) einen ersten Strahlbündel-Emitter (23a) aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel (22a) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter (23b), von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel (22b) auf das Baufeld (8) gerichtet wird,wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter (23a) ein erster Arbeitsbereich (8a) in dem Baufeld (8) und dem zweiten Strahlbündel-Emitter (23b) ein zweiter Arbeitsbereich (8b) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist,wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze (8ab) aneinandergrenzen,wobei die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (222a, 222b) abgetastet werden,wird die Energieeintragsvorrichtung (20) so gesteuert, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich (8a) zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich (8b) abgetastet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung, ein entsprechend angepasstes additives Herstellverfahren, eine entsprechende Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung, eine entsprechend angepasste additive Herstellvorrichtung und ein durch das entsprechend angepasste additive Herstellverfahren hergestelltes Objekt.
Additive Herstellvorrichtungen und zugehörige Verfahren sind allgemein dadurch charakterisiert, dass Objekte durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann beispielsweise herbeigeführt werden mittels Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial durch Bestrahlen desselben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung (z. B. Lasersintern (SLS) oder Laserschmelzen (SLM) oder Elektronenstrahlschmelzen. Die ursprünglich im Prototypenbau eingesetzten Vorrichtungen und Verfahren werden mittlerweile für die Serienfertigung eingesetzt, wofür sich der Begriff „Additive Manufacturing“ eingebürgert hat.
Insbesondere beim Additive Manufacturing ist es wichtig, die Objekte nicht nur mit hoher Präzision herzustellen, sondern ebenfalls innerhalb einer geringen Fertigungszeit. Die Fertigungszeit lässt sich dabei verringern, wenn zur Verfestigung der einem oder mehreren Objektquerschnitten in einer Schicht entsprechenden Stellen mehrere Strahlen, z. B. Laserstrahlen, zeitgleich eingesetzt werden.
WO 2016/110440 A1 beschreibt eine entsprechende Vorrichtung, bei der unterschiedlichen Bereichen einer Schicht unterschiedliche Laserstrahlen bzw. Scanner zugeordnet sind.
Bei derartigen Mehrscanneranlagen ist oftmals ein Baufeld in mehrere Abschnitte aufgeteilt, wobei jedem der Scanner bzw. Laserstrahlen, einer der Abschnitte zugewiesen ist, damit dieser Scanner das Aufbaumaterial zur Verfestigung desselben in diesem Abschnitt abtasten kann.
Die Erfinder haben festgestellt, dass im Grenzbereich der Einwirkzonen verschiedener Laserstrahlen, also dort wo die den Laserstrahlen zugewiesenen Abschnitte aneinandergrenzen, das Aufschmelzverhalten bzw. Verfestigungsverhalten des Aufbaumaterials geringfügig anders ist als in anderen Bereichen. Insbesondere konnten die Erfinder feststellen, dass an der Grenzlinie geringfügige Inhomogenitäten der Bauteileigenschaften auftreten, beispielsweise verschlechterte mechanische Eigenschaften.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels derer Objekte mittels eines additiven Herstellverfahrens mit verbesserter Qualität in kurzer Zeit hergestellt werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung gemäß Anspruch 19. Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben ist die additive Herstellvorrichtung eingerichtet, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, weist die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds einen ersten Strahlbündel-Emitter auf, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter, von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, ist dem ersten Strahlbündel-Emitter ein erster Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet, auf den das erste Strahlbündel gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter ein zweiter Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet, auf den das zweite Strahlbündel gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze aneinandergrenzen, werden die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in dem Baufeld abgetastet, und wird die Energieeintragsvorrichtung so gesteuert, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich abgetastet werden.
Additive Herstellvorrichtungen und -verfahren, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind solche, bei denen Energie als elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung selektiv einer Schicht eines formlosen Aufbaumaterials zugeführt wird. Die Arbeitsebene (auch als Bauebene bezeichnet) ist dabei eine Ebene, in der die Oberseite der Schicht liegt, welcher die Energie zugeführt wird. Hierbei kann die Energieeintragsvorrichtung beispielsweise einen Laser aufweisen. Die dem Aufbaumaterial zugeführte Strahlung erwärmt dieses und bewirkt dadurch einen Sinter- oder Schmelzvorgang. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Lasersinter- und Laserschmelzvorrichtungen sowie die zugehörigen Verfahren. Beim Lasersintern oder Laserschmelzen kann eine Energieeintragseinrichtung beispielsweise einen oder mehrere Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Lasern wie z.B. Laserdioden, insbesondere VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) aufweisen. Insbesondere können die Diodenlaser auch in einer Zeile oder in Matrixform angeordnet sein.
Obwohl die Erfindung sowohl in Zusammenhang mit kunststoffbasiertem Aufbaumaterial als auch in Zusammenhang mit metallbasiertem Aufbaumaterial angewendet werden kann, ist eine Anwendung der Erfindung in Zusammenhang mit additiven Herstellverfahren und -vorrichtungen, bei denen ein kunststoffhaltiges Aufbaumaterial verwendet wird, beispielsweise ein polymerbasiertes Aufbaumaterial, also ein Aufbaumaterial mit einem Polymergehalt von 55 Vol.-% oder mehr, insbesondere ein Polymerpulver, von besonderem Vorteil.
Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass mittels einer erfindungsgemäßen additiven Herstellvorrichtung nicht nur ein Objekt, sondern auch mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden können, indem in einer Schicht die Querschnitte von mehreren Objekten verfestigt werden. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von der Herstellung eines Objekts die Rede ist, dann versteht es sich, dass die jeweilige Beschreibung in gleicher Weise auch auf additive Herstellverfahren und -vorrichtungen anwendbar ist, bei denen mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden.
In dieser Anmeldung wird der Begriff „Strahlbündel“ anstelle von „Strahl“ verwendet, um zum Ausdruck zu bringen, dass der Durchmesser des Strahls nicht notwendigerweise sehr klein sein muss, insbesondere wenn die Strahlung schräg auf das Aufbaumaterial auftrifft oder aber Strahlung verwendet wird, die beim Auftreffen auf das Aufbaumaterial bewusst einen größeren Flächenbereich abdecken soll.
Bei einem Strahlbündel-Emitter kann es sich beispielsweise um einen Scanner mit einem oder mehreren Galvanometerspiegeln zur Ablenkung eines Laserstrahls handeln. Unter Umständen können auch mehrere unterschiedliche Strahlbündel ein und demselben Strahlbündel-Emitter bzw. Scanner zugeordnet sein, die z.B. abwechselnd von diesem Strahlbündel-Emitter auf die Bauebene gerichtet werden, obwohl normalerweise einem Strahlbündel- Emitter genau ein auf die Bauebene zu richtendes Strahlbündel zugeordnet ist. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass in der vorliegenden Anmeldung der Begriff „Anzahl“ stets im Sinne von „ein oder mehrere“ zu verstehen ist.
Es wird vorausgesetzt, dass die Stellen, auf die während eines additiven Herstellvorgangs ein Strahlbündel mittels eines Strahlbündel-Emitters gerichtet werden kann, durch konstruktive Maßnahmen (mittels Hardware und/oder Software) festgelegt sind. Der Bereich des Baufelds, in dem diese Stellen liegen, wird als dem Strahlbündel-Emitter zugeordneter Arbeitsbereich angesehen. Damit kann der entsprechende Strahlbündel-Emitter aber auch nicht ein Strahlbündel auf andere Stellen des Baufelds richten, ohne dass vorher konstruktive Abänderungen (mittels Hardware und/oder Software) vorgenommen werden. In der Praxis können die Arbeitsbereiche durch die Ansteuer-Software der Strahlbündel-Emitter begrenzt werden. Mit anderen Worten, ohne solch eine Begrenzung per Software wären zwei Strahlbündel-Emitter oftmals in der Lage, einzelne Teilflächen des Baufelds oder gar das gesamte Baufeld gemeinsam zu erreichen.
Auch wenn sich die Erfindung bevorzugt auf das Vorhandensein von zwei Strahlbündel-Emittern bezieht, so ist sie in gleicher Weise auch in Fällen anwendbar, in denen mehr als zwei Strahlbündel-Emitter vorhanden sind, insbesondere auch mehr als zwei Arbeitsbereiche vorhanden sind.
Bevorzugt haben die Arbeitsbereiche eine Trapezgestalt, noch bevorzugter eine Paralellogrammgestalt, noch weiter bevorzugt eine rechteckige Gestalt. Weiter bevorzugt grenzen die Arbeitsbereiche so aneinander, dass zwei Seiten des ersten Arbeitsbereichs von zwei Geraden überdeckt werden, die ebenfalls zwei Seiten des zweiten Arbeitsbereichs überdecken.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Herstellung zumindest einer Anzahl von Querschnitten des Objekts, bevorzugt zur Herstellung des gesamten Objekts, die Energieeintragsvorrichtung jeweils basierend auf einem Datenmodell eines Objektquerschnitts so angesteuert, dass den dem Objektquerschnitt entsprechenden zu verfestigenden Stellen durch die Energieeintragsvorrichtung die für eine Verfestigung des Aufbaumaterials notwendige Energie zugeführt wird. Insbesondere wird dabei die zeitliche Reihenfolge, in der die Stellen zu verfestigen sind, also Scanlinien bzw. Trajektorien in der Bauebene, entlang derer das Strahlbündel bewegt werden soll, vorgegeben und die Anzahl von Strahlbündel-Emittern zur Bewegung der ihnen zugeordneten Strahlbündel entsprechend angesteuert.
Eine bei der Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung vorgegebene Trajektorie eines Strahlbündels entspricht einer Verfestigungsbahn in der Bauebene, entlang derer das Aufbaumaterial durch Verlagerung des Schmelzbads in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Bauebene verfestigt werden soll. Dabei wird dem, bevorzugt pulverförmigen oder pastosen, Aufbaumaterial an einer Verfestigungsstelle durch das Strahlbündel soviel Energie zugeführt, dass das Aufbaumaterial an dieser Stelle infolge einer Überschreitung einer Schmelztemperatur aufschmilzt, um danach im abgekühlten Zustand nicht mehr formlos, sondern als Festkörper vorzuliegen. Verfestigungsbahnen sind dabei Bereiche, in denen beim Abtasten des Aufbaumaterials durch das Strahlbündel tatsächlich eine Verfestigung und nicht lediglich eine Vorerwärmung des noch formlosen Materials oder eine Nacherwärmung bereits aufgeschmolzenen Materials bewirkt wird. Es gibt Fälle, in denen beim Bewegen eines Strahlbündels entlang der Verfestigungsbahn ein oder mehrere Richtungsänderungen stattfinden, insbesondere die Verfestigungsbahn geometrisch als gekrümmte Linie einer gewissen Breite vorliegt. Bevorzugt ist die Erfindung aber auf geradlinige, zumindest im Rahmen der apparativen Gegebenheiten geradlinige Verfestigungsbahnen und Trajektorien gerichtet.
Wenn in dieser Anmeldung von einer Orientierung einer Trajektorie in der Bauebene die Rede ist, dann ist damit die Richtung gemeint, in der eine die Trajektorie überdeckende Gerade verläuft. Davon wird eine Abtastrichtung einer Trajektorie unterschieden, welche festlegt, in welcher Richtung entlang der Geraden das Strahlbündel bewegt wird.
Beim Abtasten der zu verfestigenden Stellen einer Schicht wird in der Regel zwischen einem Innenbereich und einem Randbereich (oftmals eine Randlinie, deren Breite in etwa dem Durchmesser des Strahlbündels entspricht) eines Objektquerschnitts unterschieden. Dabei wird die Innenbereichsfläche durch Bewegen des Strahlbündels entlang zueinander paralleler oder im Wesentlichen paralleler Trajektorien verfestigt. Die Fläche wird sozusagen schraffiert (englisch: „hatching“), weshalb die einzelnen Trajektorien auch als Hatchlinien bezeichnet werden. Insbesondere wird in der vorliegenden Anmeldung unter einer Trajektorie eine sogenannte „Hatchlinie“ beim Abtasten eines Innenbereichs eines Objektquerschnitts verstanden.
Es wurde festgestellt, dass durch die beschriebene Vorgehensweise der beim Stand der Technik an der Grenze zwischen den Arbeitsbereichen der Strahlbündel-Emitter (Scanner) auftretende lokale Schwund reduziert werden kann. Die Erfinder führen dies darauf zurück, dass durch das beschriebene Vorgehen große Temperaturdifferenzen im Aufbaumaterial nahe der Grenze zwischen beiden Arbeitsbereichen vermieden werden, wodurch für eine hinreichende Verbindung mit dem Aufbaumaterial jenseits der Grenze gesorgt wird.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren bei der Verfestigung von Querschnitten des Objekts angewendet, die die Grenze zwischen dem ersten und zweiten Arbeitsbereich überdecken.
Gerade wenn zu verfestigende Objektquerschnitte die Grenze überdecken, ist es wichtig, die Abtastung von Stellen beidseitig der Grenze zeitlich aufeinander abzustimmen, da dann Inhomogenitäten im verfestigten Material im Innern eines herzustellenden Objekts auftreten.
Bevorzugt werden zu verfestigende Stellen an der Grenze in dem ersten Arbeitsbereich mit einem vorab ermittelten material- und/oder prozessspezifischen maximalen Zeitabstand zu zu verfestigenden Stellen an der Grenze in dem zweiten Arbeitsbereich abgetastet.
Durch die beschriebene Vorgehensweise implementiert man eine zeitliche Abstimmung bei der Abtastung des Aufbaumaterials beidseitig der Grenze dadurch, dass eine Verfestigungsstelle in dem ersten Arbeitsbereich und eine Verfestigungsstelle in dem zweiten Arbeitsbereich mit einer zeitlichen Differenz abgetastet werden, die geringer als eine zulässige maximale Zeitdifferenz ist. Da auftretende Temperaturdifferenzen im Aufbaumaterial nahe der Grenze in hohem Maße davon beeinflusst werden, wie gut die Wärmeleitfähigkeit des Aufbaumaterials ist, ist die maximale Zeitdifferenz (der maximale Zeitabstand) von dem verwendeten Aufbaumaterial abhängig. In der Regel sind die Wärmeleiteigenschaften des Aufbaumaterials bekannt. Man kann jedoch auch durch eine begrenzte Anzahl von Vorversuchen die Wärmeleiteigenschaften des Aufbaumaterials (ggf. bei unterschiedlichen Temperaturen und/oder abhängig vom Aufschmelz-/Verfestigungszustand) untersuchen. Insbesondere kann auch berücksichtigt werden, welche Temperaturänderung des Aufbaumaterials durch ein auf das Aufbaumaterial auftreffendes Strahlbündel bewirkt wird. Dies kann insofern von Bedeutung sein, als bei Verwendung von polymerbasiertem Aufbaumaterial z.B. nur ein geringer Anteil der für das Aufschmelzen notwendigen Energie durch das Strahlbündel zugeführt wird, da das Aufbaumaterial flächig durch eine Flächenheizung auf eine Arbeitstemperatur knapp unterhalb einer Schmelztemperatur aufgeheizt wurde. Bei Verwendung von metallbasiertem Aufbaumaterial ist die durch das Strahlbündel bewirkte Temperaturerhöhung in der Regel deutlich größer, was auch zu einem anderen thermischen Verhalten führt.
Bevorzugt werden zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich mit einem maximalen Zeitabstand zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich abgetastet, der kleiner oder gleich 200ms, bevorzugt kleiner oder gleich 100ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 50ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 20ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 10ms ist.
Ungeachtet der Tatsache, dass die Art des Aufbaumaterials einen Einfluss darauf hat, in wie hohem Maße die Abtastung des Aufbaumaterials beidseitig der Grenze zeitlich aufeinander abgestimmt werden muss, hat sich gezeigt, dass sich ein lokaler Schwund in der Regel hinreichend vermeiden lässt, wenn die Abtastung von Stellen beidseitig der Grenze mit einer zeitlichen Differenz stattfindet, die kleiner als 200 ms ist, worunter dann „zeitlich aufeinander abgestimmt“ zu verstehen ist.
Bevorzugt werden zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich im Wesentlichen zeitgleich mit bezüglich der Grenze spiegelsymmetrischen zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich abgetastet.
Mit dem Begriff „im Wesentlichen zeitgleich“ ist hier ein zeitlicher Abstand gemeint, der kleiner als 5 ms ist. Natürlich muss dieser zeitliche Abstand nicht konstant sein, sondern kann zeitlich variieren, solange der zeitliche Abstand von 5 ms nicht überschritten wird.
Bevorzugt verlaufen im ersten und im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorien jeweils im Wesentlichen parallel zueinander.
Bevorzugt verlaufen die Trajektorien in den beiden Arbeitsbereichen jeweils parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander. Der Ausdruck „im Wesentlichen parallel“ soll dabei zum Ausdruck bringen, dass die Orientierungen zweier benachbarter Trajektorien einen Winkel zueinander haben können, der kleiner oder gleich 5° ist.
Weiter bevorzugt verlaufen die Trajektorien im ersten und im zweiten Arbeitsbereich unter einem Winkel zur Grenze.
Auch wenn für den Winkel im Prinzip ein beliebiger Wert ungleich 0° oder 180° gewählt werden kann, so wird bevorzugt ein Winkel von 90° gewählt.
Weiter bevorzugt verlaufen im ersten und im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorien im Wesentlichen parallel zur Grenze.
Der Begriff „im Wesentlichen parallel zur Grenze“ soll zum Ausdruck bringen, dass die Erstreckungsrichtung der Trajektorien um maximal 5° von der Erstreckungsrichtung der Grenze abweicht. Bevorzugt verlaufen die Trajektorien im Rahmen der apparativ vorgegebenen Randbedingungen exakt parallel zur Grenze.
Wenn in jedem der beiden Arbeitsbereiche benachbarte Trajektorien in entgegengesetzter Richtung abgetastet werden, dann wird bei der spezifizierten Vorgehensweise dafür gesorgt, dass in beiden Arbeitsbereichen der Übergang zur jeweils folgenden Trajektorie an der Grenze im Wesentlichen zeitgleich erfolgt.
Wenn in jedem der beiden Arbeitsbereiche benachbarte Trajektorien in der gleichen Richtung abgetastet werden, dann werden entweder in beiden Arbeitsbereichen die Startpunkte bei der Abtastung der Trajektorien an die Grenze gelegt oder in beiden Arbeitsbereichen die Endpunkte bei der Abtastung der Trajektorien an die Grenze gelegt. Auf diese Weise kann ebenfalls dafür gesorgt werden, dass Stellen der Schicht, die bezüglich der Grenze spiegelsymmetrisch zueinander liegen, im Wesentlichen zeitgleich abgetastet werden.
Weiter bevorzugt ist bei der Abtastung die Trajektorienabfolgerichtung im zweiten Arbeitsbereich bezüglich der Grenze spiegelsymmetrisch zur Trajektorienabfolgerichtung im ersten Arbeitsbereich.
Bei einem im Wesentlichen parallelen Verlauf der Trajektorien in jedem der beiden Arbeitsbereiche ist die Trajektorienabfolgerichtung die Richtung, in der die Trajektorien in jedem der Arbeitsbereiche nacheinander abgetastet werden, die Trajektorienabfolgerichtung steht also insbesondere senkrecht auf den Trajektorien. Im Normalfall werden dabei nebeneinander liegende Trajektorien zeitlich unmittelbar nacheinander abgetastet. Durch diese zeitliche Abstimmung der Abtastreihenfolge der Trajektorien beidseitig der Grenze kann bewirkt werden, dass der zeitliche Abstand der Abtastung von Stellen beidseits der Grenze im Rahmen bleibt. Insbesondere kann bewirkt werden, dass starke Schwankungen dieses zeitlichen Abstands vermieden werden.
Weiter bevorzugt zeigt sowohl im ersten Arbeitsbereich als auch im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorienabfolgerichtung von der Grenze weg.
Wenn im ersten und im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorien im Wesentlichen parallel zur Grenze verlaufen, dann steht eine Trajektorienabfolgerichtung, also eine Richtung, in der die Trajektorien nacheinander abgetastet werden, in beiden Arbeitsbereichen im Wesentlichen senkrecht auf der Grenze. Wenn dann beide Trajektorienabfolgerichtungen von der Grenze weg zeigen, bedeutet dies nichts anderes als dass mit der Abtastung der Trajektorien - bevorzugt zeitgleich - an der Grenze begonnen wird. Durch dieses Vorgehen kann besonders gut sichergestellt werden, dass Stellen der Schicht, die bezüglich der Grenze spiegelsymmetrisch zueinander liegen, im Wesentlichen zeitgleich abgetastet werden. Wenn es bei der Abtastung der Trajektorien nacheinander im Laufe der Zeit dazu kommen sollte, dass in einem Arbeitsbereich die Trajektorien geringfügig schneller abgetastet werden aufgrund einer geringfügig anderen Abtastgeschwindigkeit oder Trajektorienlänge, dann führt die soeben beschriebene Vorgehensvariante dazu, dass ein größerer zeitlicher Abstand bei der Abtastung von Stellen, die spiegelsymmetrisch zur Grenze liegen, erst bei Trajektorien auftritt, die einen größeren Abstand zur Grenze aufweisen. Bei einem größeren Abstand einer zu verfestigenden Stelle zur Grenze ist aber, wenn diese Stelle verfestigt wird, die Beeinflussung der Temperatur des Aufbaumaterials jenseits der Grenze nicht so groß.
Weiter bevorzugt kann für den Fall, dass im ersten und im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorien im Wesentlichen senkrecht zur Grenze verlaufen, die Trajektorienabfolgerichtung so gewählt werden, dass jeweils Trajektorien, deren Mitte (in Verlaufsrichtung der Trajektorien) einen größeren Abstand zur Grenze aufweist, nach Trajektorien, deren Mitte (in Verlaufsrichtung der Trajektorien) einen geringeren Abstand zur Grenze aufweist, abgetastet werden.
Gerade bei Objektquerschnitten deren Ausdehnung senkrecht zur Grenze in beiden Arbeitsbereichen unterschiedlich groß ist und sich beim Fortschreiten entlang der Grenze, bevorzugt über den gesamten Objektquerschnitt hinweg, monoton ändert, kann dies zu einer homogeneren Verfestigung führen. Die unterschiedliche Ausdehnung des Objektquerschnitts in den beiden Arbeitsbereichen führt zu unterschiedlichen Zeitdauern in beiden Arbeitsbereichen, die für die Abtastung benötigt werden. Dies erschwert die zeitliche Abstimmung bei der Abtastung und kann tendenziell dazu führen, dass der zeitliche Abstand der Abtastung bezüglich der Grenze einander gegenüberliegender Stellen sich in den Bereichen des Querschnitts, in denen die Ausdehnung senkrecht zur Grenze sehr unterschiedlich ist, sich deutlich erhöht. Beim soeben beschriebenen Vorgehen werden solche Bereiche zu einem möglichst späten Zeitpunkt abgetastet, damit in Bereichen, in denen die Ausdehnung des Querschnitts senkrecht zur Grenze nicht so groß ist, der zeitliche Abstand der Abtastung bezüglich der Grenze einander gegenüberliegender Stellen (noch) nicht so groß ist.
Weiter bevorzugt sind die Trajektorien in den beiden Arbeitsbereichen spiegelsymmetrisch zur Grenze angeordnet sind, wobei bevorzugt die Abtastrichtungen von Trajektorien in den beiden Arbeitsbereichen, die spiegelsymmetrisch zur Grenze sind, ebenfalls spiegelsymmetrisch.
Mit spiegelsymmetrischer Anordnung der Trajektorien ist gemeint, dass die Richtungen, in denen sich die Trajektorien beidseits der Grenze erstrecken, spiegelsymmetrisch zueinander sind. Die spiegelsymmetrische Anordnung der Trajektorien führt dazu, dass für eine besonders homogene Aufheizung und Abkühlung des Aufbaumaterials gesorgt werden kann. Wenn dabei auch die Bewegungsrichtungen des ersten und des zweiten Strahlbündels bei der Abtastung der Trajektorien im ersten und zweiten Arbeitsbereich spiegelsymmetrisch zueinander gewählt werden, lässt sich die Homogenität noch weiter verbessern.
Bevorzugt kann vor und/oder während und/oder nach der Abtastung einer Anzahl von Trajektorien in einem der beiden Arbeitsbereiche eine Wartezeit eingefügt werden.
Bei Objektquerschnitten, deren Ausdehnung senkrecht zur Grenze in beiden Arbeitsbereichen unterschiedlich groß ist, kann eine unterschiedlich lange Zeitdauer resultieren, die für die Abtastung der Trajektorien benötigt wird. Dies kann dazu führen, dass der zeitliche Abstand der Abtastung einander bezüglich der Grenze gegenüberliegender Stellen im Laufe der Zeit groß wird. Dem kann durch die Einfügung von Wartezeiten entgegen gewirkt werden. Insbesondere kann durch die Einfügung von Wartezeiten für eine spiegelsymmetrische Abtastung von Trajektorien beidseits der Grenze, also eine im Wesentlichen zeitgleiche Abtastung von bezüglich der Grenze spiegelsymmetrischen Stellen, gesorgt werden. Hierzu kann z.B. bei der Abtastung der kürzeren Trajektorie die Wartezeit vor oder nach der Abtastung der Trajektorie eingefügt werden. Natürlich kann man auch alternativ oder zusätzlich die Abtastgeschwindigkeit der kürzeren Trajektorie geringer wählen als jene der längeren Trajektorie. Allerdings ist solch ein Vorgehen dann komplizierter, da sich mit der Änderung der Abtastgeschwindigkeit auch die eingetragene Energiemenge ändert, was in der Regel durch eine entsprechende Anpassung der Strahlungsleistung kompensiert werden muss.
Bevorzugt wird im Falle des Vorhandenseins mehrerer nicht zusammenhängender Objektquerschnittsbereiche, die jeweils die Grenze überdecken, in zumindest einem der beiden Arbeitsbereiche nach und/oder vor einem im Wesentlichen vollständigen Abtasten eines Objektquerschnittbereichs eine Wartezeit vorgesehen.
Ein Objektquerschnittsbereich kann hier ein Teilbereich eines Objektquerschnitts eines Objekts sein, der nicht mit anderen Teilbereichen des Objektquerschnitts verbunden ist - nicht mit diesen zusammenhängt. Alternativ kann ein Objektquerschnittsbereich auch einem vollständigen Querschnitt eines Objekts entsprechen. In letzterem Fall wird das Verfahren in Zusammenhang mit einer additiven Herstellvorrichtung angewandt, die eingerichtet ist, während eines Herstellvorgangs eine Mehrzahl von dreidimensionalen Objekten mit zeitlicher Überschneidung herzustellen. Abgesehen davon kann aber auch bei Vorhandensein einer Mehrzahl von Objekten zumindest eines der Objekte einen Objektquerschnitt aufweisen, der aus einer Mehrzahl von nicht zusammenhängenden Objektquerschnittsbereichen besteht.
Bei Objektquerschnitten, deren Ausdehnung senkrecht zur Grenze in beiden Arbeitsbereichen unterschiedlich groß ist, kann eine unterschiedlich lange Zeitdauer resultieren, die für die Abtastung der Trajektorien benötigt wird. Dies kann dazu führen, dass auch bei der zeitlich nachfolgenden Abtastung weiterer Objektquerschnittsbereiche ein zeitlicher Abstand bei der Abtastung einander bezüglich der Grenze gegenüberliegender Stellen groß ist, selbst wenn die nachfolgenden Objektquerschnittsbereiche symmetrisch zur Grenze liegen. Dem kann dadurch entgegengewirkt werden, dass bei der Abtastung eines asymmetrisch zur Grenze liegenden Objektquerschnittsbereichs eine Wartezeit vor Beginn der Abtastung der Trajektorien in dem Arbeitsbereich mit dem geringeren Flächenanteil am Objektquerschnittsbereich eingefügt wird. Alternativ oder zusätzlich könnte eine Wartezeit aber auch nach Beendigung der Abtastung der Trajektorien in dem Arbeitsbereich mit dem geringeren Flächenanteil eingefügt werden. Die Wartezeit wird dabei bevorzugt so bemessen, dass die Abtastung der Trajektorien des zeitlich nachfolgenden Objektquerschnittsbereichs in beiden Arbeitsbereichen möglichst zeitgleich, zumindest aber mit geringem zeitlichem Abstand, startet. Mit diesem Vorgehen kann vermieden werden, dass bei der Verfestigung eines Objektquerschnittsbereichs eine unterschiedliche Abtastdauer in beiden Arbeitsbereichen sich bei der Verfestigung von zeitlich nachfolgenden Objektquerschnittsbereichen fortpflanzt. Es kann also ein geringer, bevorzugt verschwindender, Zeitunterschied zwischen den beiden Strahlbündeln jeweils bei Beginn der Abtastung zeitlich nachfolgender Objektquerschnittsbereiche erreicht werden.
Es sei noch bemerkt, dass beim obigen Vorgehen sich die Formulierung „vor dem Beginn der Abtastung eines Objektquerschnittsbereichs oder nach dem Ende der Abtastung eines Objektquerschnittsbereichs“ unberücksichtigt lässt, ob bereits eine Kontur eines Objektquerschnittsbereichs abgetastet wurde oder noch abzutasten ist. Das Vorgehen bezieht sich auf sogenannte Hatchlinien zur Verfestigung von Innenbereichen eines Objektquerschnitts.
Bevorzugt werden Paare von Stellen, bevorzugt alle Paare von Stellen, beidseits der Grenze, deren Abstand zueinander geringer als das 1000-fache, bevorzugter geringer als das 500-fache, noch bevorzugter geringer als das 100-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 50-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 10-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 5-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 3-fache der Strahlbreite des ersten Strahlbündels auf das Aufbaumaterial im ersten Arbeitsbereich ist, zeitlich aufeinander abgestimmt verfestigt.
Die Strahlbreite kann hier als Ausdehnung eines Strahlbündels auf dem Baufeld senkrecht zur Bewegungsrichtung des Strahlbündels angesehen werden. Durch das beschriebene Vorgehen, können gerade Stellen beidseitig der Grenze, die durch Temperaturänderungen jenseits der Grenze stark beeinflusst werden, zeitlich aufeinander abgestimmt abgetastet werden.
Bevorzugt sind die Abtastrichtungen der Trajektorien in einer auf eine erste Schicht nachfolgenden zweiten Schicht um einen Winkel τ gegenüber jenen der ersten Schicht verdreht, wobei die Drehrichtung im ersten Arbeitsbereich entgegengesetzt zur Drehrichtung im zweiten Arbeitsbereich ist.
Für die mechanischen Eigenschaften des herzustellenden Objekts kann es vorteilhaft sein, wenn Trajektorien in aufeinanderfolgenden Schichten nicht parallel zueinander liegen. Im Stand der Technik ist daher ein Vorgehen bekannt, bei dem jeweils die Trajektorien einer Schicht gegenüber den Trajektorien in der vorangegangenen Schicht um einen bestimmten Winkel gedreht werden.
Die erste Schicht und die zweite Schicht beziehen sich im vorliegenden Fall auf beliebige aufeinanderfolgende, bevorzugt unmittelbar aufeinanderfolgende, Schichten. Die erste Schicht ist daher nicht zwingend mit der alleruntersten selektiv zu verfestigenden Schicht gleichzusetzen.
Bei dem hier bevorzugten Vorgehen werden unterschiedlich zum Stand der Technik nicht alle einer Schicht oder einem die Grenze überdeckenden Objektquerschnitt zugeordneten Trajektorien um den gleichen Winkel gedreht. Durch die spiegelsymmetrische Verdrehung der Trajektorien in den beiden Arbeitsbereichen wird erreicht, dass eine bereits für die erste Schicht vorgenommene Festlegung der Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien ohne Änderung in nachfolgenden Schichten übernommen werden kann, Die Trajektorienabfolgerichtungen werden also symmetrisch zur Grenze verdreht. Dabei kann auch die Abfolge der Richtungen, in der benachbarte Trajektorien durchlaufen werden (parallel oder antiparallel) unverändert beibehalten werden kann.
Bevorzugt wird das Verfahren bei der Verfestigung von Objektquerschnitten angewandt, die während der Herstellung einen nach unten zeigenden Oberflächenbereich des Objekts aufweisen, bevorzugt zusätzlich bei der Verfestigung der beiden Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb solcher Objektquerschnitte, noch weiter bevorzugt zusätzlich bei der Verfestigung von vier Objektquerschnitten unmittelbar oberhalb eines Objektquerschnitts mit während der Herstellung nach unten zeigendem Oberflächenbereich.
Gerade in Bereichen eines herzustellenden Objekts, die während der Herstellung nach unten, also in Richtung der Bauplattform bzw. entgegen der Richtung der Abfolge der Schichten beim Herstellvorgang, zeigen, sogenannten Downskin-Bereichen, können Inhomogenitäten bzw. Temperaturzyklen beim Aufschmelzen des Aufbaumaterials zu Unregelmäßigkeiten an der nach unten zeigenden Oberfläche führen. Zu solchen Bereichen zählen nicht unbedingt nur unmittelbar an der nach unten zeigenden Oberfläche liegende Stellen, sondern manchmal auch Stellen in einem gewissen Abstand zur Oberfläche, da beim Aufschmelzen dieser eigentlich von der Oberfläche entfernt gelegenen Stellen sich infolge der Wärmeleitung noch Auswirkungen an der nach unten zeigenden Oberfläche nachweisen lassen.
Bei einem erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts wird das Objekt mittels einer additiven Herstellvorrichtung hergestellt durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, weist die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds einen ersten Strahlbündel-Emitter auf, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter, von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, ist dem ersten Strahlbündel-Emitter ein erster Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet, auf den das erste Strahlbündel gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter ein zweiter Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet, auf den das zweite Strahlbündel gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze aneinandergrenzen, werden die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in dem Baufeld abgetastet, und wird die Energieeintragsvorrichtung mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung gesteuert.
Bei dem Aufbaumaterial handelt es sich bevorzugt um ein pulverförmiges oder pastoses Material. Bevorzugt wird dieses durch die Zufuhr der Strahlungsenergie aufgeschmolzen, um nach Abkühlung im verfestigten Zustand vorzuliegen.
Bevorzugt wird bei dem additiven Herstellverfahren polymerbasiertes Aufbaumaterial verwendet.
Unter polymerbasiertem Aufbaumaterial wird, wie bereits erwähnt, ein Aufbaumaterial mit einem Polymergehalt von 55 Vol.-% oder mehr, insbesondere ein Polymerpulver, verstanden. Obwohl bei Verwendung von polymerbasiertem Aufbaumaterial die zu verfestigende Schicht vor Einwirkung des Strahlbündels auf eine Arbeitstemperatur gebracht wird, die nur geringfügig unterhalb der beim Aufschmelzen vorhandenen Temperatur liegt, konnten die Erfinder feststellen, dass dennoch durch das erfindungsgemäße Vorgehen die Homogenität der hergestellten Objekte verbessert werden kann.
Das polymerbasierte pastose oder pulverförmige Aufbaumaterial kann beispielsweise mindestens eines der Polymere, das aus der aus folgenden Polymeren gebildeten Gruppe ausgewählt ist, enthalten: Polyetherimide, Polycarbonate, Polyphenylsulfone, Polyphenyloxide, Polyethersulfone, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisate, Polyacrylate, Polyester, Polyamide, Polyaryletherketone, Polyether, Polyurethane, Polyimide, Polyamidimide, Polyolefine, Polystyrole, Polyphenylsulfide, Polyvinylidenfluoride, Polyamidelastomere wie Polyetherblockamide sowie Copolymere, welche mindestens zwei verschiedene Monomereinheiten der vorgenannten Polymere enthalten. Geeignete Polyesterpolymere oder Copolymere können aus der aus Polyalkylenterephtholaten (z.B. PET, PBT) und deren Copolymeren bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Geeignete Polyolefinpolymere oder Copolymere können aus der aus Polyethylen und Polypropylen bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Geeignete Polystyrolpolymere oder Copolymere können aus der aus syndiotaktischen und isotaktischen Polystyrolen bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Das pulverförmige Aufbaumaterial kann zusätzlich oder alternativ mindestens ein Polyblend auf der Basis von mindestens zwei der vorgenannten Polymere und Copolymere enthalten. Dabei können mit dem Kunststoff als Matrix auch noch Zusatzstoffe, z.B. Rieselhilfen, Füllstoffe, Pigmente, etc. vorhanden sein.
Bevorzugt werden bei dem additiven Herstellverfahren Schichten, die zur Ausbildung eines Objektquerschnitts mit einem während der Herstellung nach unten zeigenden Oberflächenbereich des Objekts selektiv verfestigt werden, bevorzugt zusätzlich Schichten, die zur Ausbildung der beiden Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb solch eines Objektquerschnitte selektiv verfestigt werden, noch weiter bevorzugt zusätzlich Schichten, die zur Ausbildung der vier Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb eines Objektquerschnitts mit während der Herstellung nach unten zeigendem Oberflächenbereich selektiv verfestigt werden, mit einem Bruchteil der Normschichtauftragsdicke, bevorzugt der halben Normschichtauftragsdicke, aufgetragen.
Unter einer Normschichtauftragsdicke wird hier die Dicke des Aufbaumaterials verstanden, mit der dieses standardmäßig bei einem Herstellvorgang aufgetragen wird. Die Normschichtauftragsdicke ist so gewählt, dass nach Verfestigung einer Aufbaumaterialschicht dieser Dicke eine verfestigte Schicht vorliegt, deren Schichtdicke der Dicke der Objektquerschnitte bei der Zerlegung eines CAD-Modells des herzustellenden Objekts in Objektquerschnitte, denen bei der Herstellung die Aufbaumaterialschichten zugeordnet sind, entspricht. Bei dem Bruchteil kann es sich z.B. um den Wert 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/8, 1/10, 2/3, 3/4 handeln.
Indem in Downskin-Bereichen das Aufbaumaterial mit verringerter Schichtdicke aufgetragen und verfestigt wird, verbessert sich in diesen Bereichen die Homogenität der während der Herstellung nach unten zeigenden Oberfläche, da infolge der verringerten Dicke weniger Material aufgeschmolzen werden muss und dadurch die Temperaturunterschiede infolge der geringeren eingetragenen Energiemenge geringer sind. Damit kann unterstützend zum erfindungsgemäßen Vorgehen bei der Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung für eine verbesserte Qualität der während der Herstellung nach unten zeigenden Oberflächen gesorgt werden, insbesondere in Fällen, in denen die Trajektorien im ersten und zweiten Arbeitsbereich aufgrund anderer Randbedingungen nicht in erfindungsgemäß idealer Weise abgetastet werden können.
Eine erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben,

wobei die additive Herstellvorrichtung eingerichtet ist, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind,
wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds einen ersten Strahlbündel-Emitter aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter, von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel auf das Baufeldgerichtet wird,
wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter ein erster Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter ein zweiter Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel gerichtet werden kann,
wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze aneinandergrenzen,
weist eine Abtast-Steuereinheit auf, die so eingerichtet ist, dass sie die Energieeintragsvorrichtung veranlasst, die Verfestigungsstellen in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in dem Baufeld abzutasten,
wobei die Abtast-Steuereinheit die Bewegungen des ersten und zweiten Strahlbündels so koordiniert, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich abgetastet werden.

Die Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung ist in der Lage, das oben beschriebene Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung, bei dem die Richtung der Bewegungsvektoren entlang der Trajektorien festgelegt wird, umzusetzen. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, also insbesondere die Abtast-Steuereinheit, oder aber die gesamte Ansteuervorrichtung können dabei alleine durch Software oder aber alleine durch Hardware oder aber mittels einer Mischung aus Hardware und Software implementiert werden. Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig als Hardware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Softwaremodule realisiert sein. Ebenso können Schnittstellen sowohl aus Hardware- als auch aus Software-Komponenten bestehen, zum Beispiel in Form einer Standard-Hardware-Schnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatzzweck speziell konfiguriert wird. Außerdem können mehrere Schnittstellen auch in einer gemeinsamen Schnittstelle, beispielsweise einer Input-Output-Schnittstelle, zusammengefasst sein.
Insbesondere kann es sich bei der Ansteuervorrichtung um eine Einheit innerhalb einer Steuereinrichtung handeln, die in einer additiven Herstellvorrichtung einen Herstellvorgang steuert. Dennoch sei betont, dass die Ansteuervorrichtung in gleicher Weise auch außerhalb der Steuereinrichtung vorhanden sein kann und über ein Netzwerk Signale mit der additiven Herstellvorrichtung, insbesondere mit der Energieeintragsvorrichtung, austauschen kann. Insbesondere wenn die Ansteuervorrichtung alleine mittels Software implementiert wird, kann die Ansteuervorrichtung in Gestalt eines Computerprogramms vorliegen. Bevorzugt wird dann solch ein Computerprogramm für einen Herstellvorgang durch die additive Herstellvorrichtung in deren Steuervorrichtung ausgeführt.
Eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die additive Herstellvorrichtung weist auf:

eine Schichtaufbringvorrichtung, die geeignet ist, eine Schicht eines Aufbaumaterials auf eine bereits vorhandene, bevorzugt bereits selektiv verfestigte, Aufbaumaterialschicht aufzubringen, und
eine Energieeintragsvorrichtung, die geeignet ist, Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zuzuführen, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds einen ersten Strahlbündel-Emitter aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet werden kann, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter, von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet werden kann,
wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter ein erster Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter ein zweiter Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel gerichtet werden kann,
wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze aneinandergrenzen,
wobei die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in dem Baufeld abgetastet werden,
wobei die erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung eine erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung aufweist und/oder mit einer erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung signaltechnisch verbunden ist.

Wie bereits weiter oben erwähnt, können in der Praxis die Arbeitsbereiche durch die Ansteuer-Software der Strahlbündel-Emitter festgelegt werden. Mit anderen Worten, abgesehen von solch einer Festlegung per Software können zwei Strahlbündel-Emitter in der Lage sein, einzelne Teilflächen des Baufelds oder gar das gesamte Baufeld gemeinsam zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf additive Herstellvorrichtungen begrenzt, in denen lediglich zwei Strahlbündel-Emitter vorhanden sind. Sie lässt sich auch in Zusammenhang mit Herstellvorrichtungen anwenden, in denen mehr als zwei Strahlbündel-Emitter vorhanden sind. Im letztgenannten Fall wird dann für zwei Strahlbündel-Emitter vorgegangen, deren Arbeitsbereiche aneinandergrenzen, in der erfindungsgemäßen Weise.
Ein erfindungsgemäßes computergestütztes Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben,

wobei die additive Herstellvorrichtung eingerichtet ist, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind,
wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds einen ersten Strahlbündel-Emitter aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter, von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird,
wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter ein erster Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter ein zweiter Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel gerichtet werden kann,
wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze aneinandergrenzen,
weist auf:
- einen ersten Schritt (S1) des Zugriffs auf computerbasierte Modelldaten zumindest eines Objektquerschnitts des herzustellenden Objekts,
- einen zweiten Schritt (S2) des Erzeugens zumindest eines Datenmodells eines zur Herstellung des zumindest einen Objektquerschnitts selektiv zu verfestigenden Bereichs einer Aufbaumaterialschicht,
- wobei in dem Datenmodell ein Abtasten von Orten des selektiv zu verfestigenden Bereichs in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in dem Baufeld spezifiziert wird,
- wobei spezifiziert wird, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich abgetastet werden, und
- einen dritten Schritt (S3), in dem unter Berücksichtigung des im zweiten Schritt erzeugten Datenmodells der Steuerdatensatz für die Energieeintragsvorrichtung generiert wird.

Mittels dieses Verfahrens zur Generierung eines Steuerdatensatzes ist es möglich, für die erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung einen jeweiligen Steuerdatensatz zu generieren, um das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung in seinen jeweiligen Varianten auszuführen.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren.

1 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß der Erfindung.
2 zeigt in schematischer Weise eine schräge Draufsicht auf das Baufeld.
3 zeigt in schematischer Weise eine Draufsicht auf das Baufeld mit Blickrichtung senkrecht zur Bauebene zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Vorgehen.
4 zeigt eine erste Variante eines zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Vorgehen.
5 zeigt eine zweite Variante eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Vorgehen.
6 veranschaulicht eine Variante des Vorgehens im Falle des Vorhandenseins von mehreren zu verfestigenden Objektquerschnitten in einer Schicht.
7 veranschaulicht ein Vorgehen bei schräg zur Grenze verlaufenden Trajektorien.
8 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung.
9 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Bereitstellung von Steuerdaten.
10 veranschaulicht den Ablauf eines Verfahrens zur Bereitstellung von Steuerdaten.

Für eine Beschreibung der Erfindung soll zunächst nachfolgend am Beispiel einer Lasersinter- oder -schmelzvorrichtung eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden.
Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 eine Prozesskammer oder Baukammer 3 mit einer Kammerwandung 4. In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Baubehälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 5 ist eine Arbeitsebene 7 (auch Bauebene genannt) definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 7, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld 8 bezeichnet wird.
In dem Baubehälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 10 angeordnet, an dem eine Grundplatte 11 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 11 kann eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein, die an dem Träger 10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 10 ausgebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 11 noch eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 11 selber aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 12 zu bildende Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 13.
Die Lasersinter- oder -schmelzvorrichtung 1 enthält weiterhin einen Vorratsbehälter 14 für ein Aufbaumaterial 15, in diesem Beispiel ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares Pulver, und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 16 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 15 innerhalb des Baufelds 8. Optional kann in der Prozesskammer 3 eine Heizvorrichtung, z.B. eine Strahlungsheizung 17 angeordnet sein, die zum Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials dient. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein.
Die beispielhafte additive Herstellvorrichtung 1 enthält ferner eine Energieeintragsvorrichtung 20 mit einem Laser 21 (z.B. ein CO2-Laser oder ein CO-Laser), der einen Laserstrahl 22 erzeugt, welcher über ein Strahlbündel-Emitter 23, beispielsweise einen oder mehrere Galvanometerspiegel samt zugehörigem Antrieb, umgelenkt wird und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 7 fokussiert wird. Auch wenn dies in 1 nicht gezeigt ist, so weist eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung zumindest zwei und bevorzugt genau zwei Strahlbündel-Emitter 23 auf. Dadurch kann ein Herstellvorgang in kürzerer Zeit ablaufen, da dann das Aufbaumaterial an unterschiedlichen Stellen zeitgleich mit mehreren Strahlbündeln abgetastet und verfestigt werden kann.
Der in 1 gezeigte spezifische Aufbau einer Lasersinter- oder -schmelzvorrichtung ist für die vorliegende Erfindung nur beispielhaft und kann natürlich auch abgewandelt werden, insbesondere bei Verwendung einer anderen Energieeintragsvorrichtung als der gezeigten. Um kenntlich zu machen, dass die Fläche des Strahlungsauftreffbereichs auf dem Aufbaumaterial nicht notwendigerweise sehr klein („punktförmig“) sein muss, wird in dieser Anmeldung häufig der Begriff „Strahlbündel“ anstelle von „Strahl“ verwendet.
Die Lasersintervorrichtung 1 enthält weiterhin eine Steuereinrichtung 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch teilweise oder ganz außerhalb der additiven Herstellvorrichtung angebracht sein. Die Steuereinrichtung kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der additiven Herstellvorrichtung in einer Speichervorrichtung gespeichert sein, von wo aus es (z.B. über ein Netzwerk) in die additive Herstellvorrichtung, insbesondere in die Steuereinrichtung, geladen werden kann.
Im Betrieb wird durch die Steuereinrichtung 29 der Träger 10 Schicht für Schicht abgesenkt, der Beschichter 16 zum Auftrag einer neuen Pulverschicht angesteuert und die Energieeintragsvorrichtung 20, also insbesondere die Strahlbündel-Emitter 23 und gegebenenfalls auch der Laser 21 und/oder die Fokussiervorrichtung 24, angesteuert zum Verfestigen der jeweiligen Schicht an den dem jeweiligen Objekt entsprechenden Stellen mittels Abtastens dieser Stellen mit dem Laser. Hierbei wird in der vorliegenden Anmeldung auf eine für die Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung 20 verantwortliche Einheit 39 innerhalb der Steuereinrichtung 29 als Ansteuervorrichtung 39 der Energieeintragsvorrichtung Bezug genommen. Dennoch sei betont, dass eine Ansteuervorrichtung der Energieeintragsvorrichtung in gleicher Weise auch außerhalb der Steuereinrichtung 29 vorhanden sein kann (auch in Gestalt eines Computerprogramms), sofern sichergestellt ist, dass die Ansteuervorrichtung 39 der Energieeintragsvorrichtung für die additive Herstellung von Objekten hinreichend mit der Steuereinrichtung 29 zusammenwirken kann, also insbesondere Signale austauschen kann.
2 zeigt in schematischer Weise eine schräge Draufsicht auf das Baufeld 8, in der einem ersten Strahlbündel-Emitter 23a ein erster Arbeitsbereich 8a in dem Baufeld 8 und einem zweiten Strahlbündel-Emitter 23b ein zweiter Arbeitsbereich 8b in dem Baufeld 8 zugewiesen ist. Mit anderen Worten, der Arbeitsbereich 8a legt die Stellen in dem Baufeld 8 fest, auf die vom ersten Strahlbündel-Emitter 23a ein erstes Strahlbündel 22a gerichtet werden kann und der Arbeitsbereich 8b legt die Stellen in dem Baufeld 8 fest, auf die vom zweiten Strahlbündel-Emitter 23b ein zweites Strahlbündel 22b gerichtet werden kann. Wie in 2 dargestellt, decken bevorzugt der erste Arbeitsbereich 8a und der zweite Arbeitsbereich 8b zusammen das gesamte Baufeld 8 ab. Ferner müssen der erste Arbeitsbereich 8a und der zweite Arbeitsbereich 8b nicht zwingend unmittelbar aneinander angrenzen. Vielmehr können sie auch in einem Korridor beidseitig der Grenze überlappen (Überlapp- bzw. Korridorbreite z.B. größer oder gleich 0 mm und/oder kleiner oder gleich 1 mm) oder es kann an der Grenze ein schmaler Spalt (z. B. mit einer Breite größer oder gleich 50 µm und/oder kleiner oder gleich 500 µm) zwischen den Arbeitsbereichen vorhanden sein.
3 zeigt in schematischer Weise eine weitere Draufsicht auf das Baufeld 8, in diesem Falle ist die Blickrichtung senkrecht zur Bauebene 7. Es sind wiederum die beiden Arbeitsbereiche 8a und 8b dargestellt, zusätzlich ist noch ein beispielhaft zu verfestigender Querschnitt 200 des Objekts gezeigt, welcher der Einfachheit halber eine rechteckige Gestalt hat. Die vertikalen Pfeile stellen dabei Trajektorien 222a, 222b dar, längs derer in jedem der Arbeitsbereiche 8a und 8b das jeweilige Strahlbündel (z.B. ein Laserstrahl) über den Querschnitt 200 bewegt wird. Der Übersichtlichkeit halber sind jeweils nur die beiden äußersten Trajektorien mit einem Bezugszeichen versehen. Wie man erkennt, verlaufen alle Trajektorien parallel zueinander in vertikaler Richtung (bezogen auf die Blattebene). Hier wird eine im Stand der Technik übliche parallele bzw. im Wesentlichen parallele Ausrichtung der Trajektorien zum Verfestigen einer Fläche gewählt, was im Fachjargon auch als „Hatchen“ bezeichnet wird. Bevorzugt werden dabei benachbarte Trajektorien in entgegengesetzter Richtung durchlaufen, obwohl es grundsätzlich (und so auch bei der vorliegenden Erfindung) möglich ist, dass alle Trajektorien in der gleichen Richtung durchlaufen werden.
Damit bei der Verfestigung des Aufbaumaterials nahe bzw. an der Grenze 8ab zwischen beiden Arbeitsbereichen das Aufbaumaterial nicht mehrmals aufgeschmolzen wird bzw. sich zwischen aufeinanderfolgenden Aufschmelzvorgängen nicht wieder abkühlen kann, was zu Schwundeffekten bzw. Inhomogenitäten an der Grenze führt, erfolgt die Abtastung in den beiden Arbeitsbereichen 8a und 8b erfindungsgemäß in koordinierter, d.h. zeitlich aufeinander abgestimmter, Weise. 3 zeigt hier ein erstes Ausführungsbeispiel solch eines koordinierten Vorgehens, bei dem die Hatchlinien (Trajektorien) im Wesentlichen parallel zur Grenze 8ab verlaufen. Dabei sind oberhalb der einzelnen Hatchlinien Kleinbuchstaben a bis i angebracht, welche anhand ihrer alphabetischen Reihenfolge die zeitliche Abfolge kennzeichnen sollen, in der die Trajektorien durchlaufen werden. Hierdurch wird im linken Arbeitsbereich eine Trajektorienabfolgerichtung festgelegt, die nach links zeigt und im rechten Arbeitsbereich eine Trajektorienabfolgerichtung festgelegt, die nach rechts zeigt.
Im Beispiel der 3 startet die Abtastung in den beiden Arbeitsbereichen 8a und 8b mit den der Grenze 8ab nächstgelegenen Trajektorien 222a bzw. 222b, wobei die Trajektorienabfolgerichtungen spiegelsymmetrisch zur Grenze sind. Damit ein homogenes Aufschmelzen des Aufbaumaterials über die Grenze hinweg ermöglicht wird, sollte der Beginn der Abtastung in beiden Arbeitsbereichen zum gleichen Zeitpunkt bzw. mit geringer zeitlicher Differenz (bevorzugt mit einer zeitlichen Differenz unter 200 ms) erfolgen. 3 zeigt hier den Idealfall, in dem die Bewegungsrichtung entlang der beiden der Grenze 8ab nächstgelegenen Trajektorien (jeweils mit „a“ bezeichnet) beidseitig der Grenze gleich ist. Natürlich ist es aber auch möglich, dass die der Grenze 8ab nächstgelegenen Trajektorien in unterschiedlichen Richtungen abgetastet werden. Auch kann in der beschriebenen Weise vorgegangen werden, wenn in jedem der beiden Arbeitsbereiche benachbarte Trajektorien nicht (wie in 3 gezeigt) in entgegengesetzter Richtung abgetastet werden, sondern alle Trajektorien in gleicher Richtung abgetastet werden.
Während in 3 der Fall gezeigt ist, in dem die mit „a“ bezeichneten Trajektorien nahe der Grenze 8ab als erstes abgetastet werden, können die Trajektorienabfolgerichtungen auch umgekehrt werden, sofern weiterhin die Trajektorienabfolgerichtungen spiegelsymmetrisch zur Grenze sind. Insbesondere könnte die Abtastung also auch in beiden Arbeitsbereichen mit den Trajektorien i starten, so dass dann die Trajektorien a als Letztes abgetastet würden.
4 zeigt eine erste Variante eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Vorgehen. Die Figur ist ähnlich zu 3 und gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Trajektorien in 4 im Wesentlichen senkrecht zur Grenze 8ab zwischen den beiden Arbeitsbereichen 8a und 8b verlaufen. Wie auch in 3 sind nicht alle Trajektorien gezeigt, sondern lediglich eine Anzahl Trajektorien, die bei der Abtastung des Objektquerschnitts 200 im jeweiligen Arbeitsbereich als erstes durchlaufen wird. Wie in 3, so sind auch in 4 die Trajektorienabfolgerichtungen in den beiden Arbeitsbereichen spiegelsymmetrisch zur Grenze 8ab. Hierbei ergeben sich die Trajektorienabfolgerichtungen wiederum aus der alphabetischen Reihenfolge der Buchstaben, die die zeitliche Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien kennzeichnet. Wie man erkennt, zeigt in 4 die Trajektorienabfolgerichtung in beiden Arbeitsbereichen nach unten.
Während in 4 die Trajektorien und ihre Abtastrichtungen symmetrisch zur Grenze 8ab liegen, sich also die als Letztes bzw. als Erstes abgetasteten Stellen zweier Trajektorien an der Grenze gegenüber liegen, kann sich die Abtastrichtung des einen Arbeitsbereichs auch im anderen Arbeitsbereich fortsetzen, wie es in einer zweiten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels in 5 gezeigt ist. Auch kann die Trajektorienabfolgerichtung in beiden Arbeitsbereichen umgekehrt werden, im Gegensatz zu 4 und 5 also von unten nach oben verlaufen. Wichtig ist in jedem Fall, dass die Trajektorienabfolgerichtungen spiegelsymmetrisch zur Grenze verlaufen. Das in 4 veranschaulichte Vorgehen führt dabei zu einer besonders guten Homogenität der Objekte, da grenznahe Stellen sehr zeitnah abgetastet werden. So begegnen sich die als erstes durchlaufenen Trajektorien (mit „a“ bezeichnet) an der Grenze 8ab, so dass die beiden Strahlbündel 22a und 22b im Wesentlichen zeitgleich an der Grenze 8ab eintreffen. Wenn die nächsten Trajektorien (mit „b“ bezeichnet) durchlaufen werden, dann starten die beiden Strahlbündel 22a und 22b im Wesentlichen zeitgleich an der Grenze 8ab, etc.
Auch wenn benachbarte Trajektorien nicht in entgegengesetzter Richtung durchlaufen werden, so sollte erfindungsgemäß die Trajektorienabfolgerichtung und bevorzugt auch die Bewegungsrichtung des Strahlbündels 22a im ersten Arbeitsbereich 8a spiegelsymmetrisch zur Trajektorienabfolgerichtung und zur Bewegungsrichtung des Strahlbündels 22b im zweiten Arbeitsbereich 8b sein. Mit anderen Worten, bevorzugt sollten sich dann die Strahlbündel bezüglich der Grenze 8ab aufeinander zu bewegen oder voneinander entfernen.
Die beschriebenen Vorgehensweisen gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel lassen sich besonders dann gut umsetzen, wenn ein Objektquerschnitt im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zur Grenze 8ab zwischen den beiden Arbeitsbereichen liegt, da dann die Trajektorien beidseits der Grenze im Wesentlichen die gleiche Länge aufweisen. Auch sorgt eine hohe Abtastgeschwindigkeit (Geschwindigkeit der Bewegung des Auftreffbereichs des Strahlbündels auf das Baufeld) dafür, dass ungleiche Flächen des Objektquerschnitts in beiden Arbeitsbereichen sich beim erfindungsgemäßen Vorgehen nicht allzu nachteilig auswirken. Dennoch kann bei sehr asymmetrischer Lage eines Objektquerschnitts bezüglich der Grenze durch zusätzliche Maßnahmen für eine verbesserte Koordinierung bei der Abtastung in den beiden Arbeitsbereichen 8a und 8b gesorgt werden.
Wenn beispielsweise, wie im Objektquerschnitt 201 in 6 unten gezeigt, die Trajektorien 222a im Arbeitsbereich 8a kürzer als die Trajektorien 222b im Arbeitsbereich 8b sind, dann kann in dem Arbeitsbereich 8a, mit den kürzeren Trajektorien jeweils nach dem Durchlaufen einer Trajektorie eine Wartezeit eingefügt werden, bis auch die korrelierte längere Trajektorie im anderen Arbeitsbereich 8b vollständig durchlaufen wurde. Der Beginn der Abtastung der jeweils nächsten Trajektorien erfolgt dann in beiden Arbeitsbereichen im Wesentlichen zeitgleich. Das Einfügen einer Wartezeit kann so implementiert werden, dass der dem zugehörigen Strahlbündel-Emitter zugeführte Laserstrahl während der Wartezeit abgeschaltet, blockiert bzw. so abgelenkt wird, dass er das Baufeld nicht mehr erreicht. Alternativ kann aber auch die durch das Strahlbündel auf das Aufbaumaterial auftreffende Strahlungsleistung während der Wartezeit so stark verringert werden, dass die auf das Aufbaumaterial während der Wartezeit auftreffende Energiemenge nicht ausreicht, um das Aufbaumaterial aufzuschmelzen.
Es versteht sich, dass das soeben geschilderte Vorgehen nicht auf das Beispiel des Objektquerschnitts 201 in 6 beschränkt ist. Es sind eine Vielzahl von anderen Situationen möglich. Beispielsweise muss nicht zwingend immer nach dem Abtasten einer kürzeren Trajektorie eine Wartezeit eingefügt werden. Denkbar ist es auch, nur nach jeder zweiten, dritten, etc. kürzeren Trajektorie eine Wartezeit einzufügen. Auch kann die Anzahl der kürzeren Trajektorien, die zwischen zwei Wartezeiten abgetastet wird, schwanken.
Weiterhin gibt es natürlich auch Situationen, in denen innerhalb eines Objektquerschnitts die kürzeren Trajektorien mal in dem einen Arbeitsbereich 8a und mal in dem anderen Arbeitsbereich 8b liegen. In diesen Situationen kann entsprechend in gleicher Weise bei der Abtastung der kürzeren Trajektorien vorgegangen werden. Auch müssen im Hinblick auf die Einfügung von Wartezeiten die Trajektorien nicht zwingend senkrecht zur Grenze 8ab liegen. Insbesondere können auch bei einer Abtastung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von 3 (mit im Wesentlichen zur Grenze paralleler Abtastrichtung) Wartezeiten eingefügt werden, um für eine Kompensation bei sehr ungleicher Größe der zu verfestigenden Querschnittsbereiche beidseits der Grenze zu sorgen.
Insbesondere muss die Wartezeit nicht zwingend nach dem Durchlaufen der kürzeren Trajektorie eingefügt werden, sondern kann auch vor Beginn der Abtastung der kürzeren Trajektorie oder zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Abtastung der kürzeren Trajektorie eingefügt werden. Auch ist es denkbar, anstelle einer einzigen Wartezeit mehrere Wartezeiten einzufügen.
Alternativ oder zusätzlich, kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Strahlbündels entlang der kürzeren Trajektorie verringert werden und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit entlang der längeren Trajektorie erhöht werden, um dadurch zu erreichen, dass Stellen des Objektquerschnitts beidseits der Grenze 8ab in geringem zeitlichem Abstand zueinander von dem ersten und zweiten Strahlbündel abgetastet werden. Bei einer Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Strahlbündels muss in der Regel zeitgleich auch die Strahlungsleistung angepasst werden, damit die für einen in der Bauebene homogenen Aufschmelzvorgang gewünschte Energiemenge in das Aufbaumaterial eingetragen wird.
Natürlich ist die Einfügung von individuellen Wartezeiten für die einzelnen Trajektorien, insbesondere zwischen der Abtastung benachbarter Trajektorien, mit einem erhöhten Koordinierungsaufwand verbunden, der die Ansteuerung der Strahlbündel-Emitter komplizierter macht. Bevorzugt wird daher in dem Arbeitsbereich, in dem der kleinere Flächenanteil des Objektquerschnitts liegt, vor Beginn der Abtastung des Objektquerschnittsbereichs in diesem Arbeitsbereich eine Wartezeit eingefügt. Die Länge der Wartezeit kann dabei so gewählt werden, dass die Abtastung des Objektquerschnitts im ersten und zweiten Arbeitsbereich im Wesentlichen zeitgleich endet. Beispielsweise bietet es sich beim ersten Ausführungsbeispiel in dem von 3 abweichenden Fall, in dem im Arbeitsbereich 8a die Trajektorienabfolgerichtung von links nach rechts zeigt und im Arbeitsbereich 8b die Trajektorienabfolgerichtung von rechts nach links zeigt, an, im Arbeitsbereich 8a vor Beginn der Abtastung eine Wartezeit einzufügen, wenn der zu verfestigende Objektsquerschnittsbereich im Arbeitsbereich 8a kleiner ist als im Arbeitsbereich 8b. In diesem Fall werden dann die der Grenze 8ab nächstgelegenen Trajektorien mit geringer Zeitdifferenz abgetastet.
Alternativ kann eine Wartezeit vor und/oder nach der Abtastung des kleineren Objektquerschnittsanteils so gewählt werden, dass in beiden Arbeitsbereichen zum gleichen Zeitpunkt die Hälfte der in dem jeweiligen Arbeitsbereich liegenden Fläche des Objektquerschnitts abgetastet ist. Natürlich sind auch andere Einstellungen für die Wartezeit möglich, solange der Anteil des Objektquerschnitts in dem Arbeitsbereich mit der kleineren abzutastenden Fläche während der Abtastung des Objektquerschnitts in dem anderen Arbeitsbereich vollständig abgetastet wird. Beispielsweise könnte man auch in dem Arbeitsbereich, in dem der kleinere Flächenanteil des Objektquerschnitts liegt, eine Wartezeit nach dem Ende der Abtastung des Objektquerschnittsbereichs in diesem Arbeitsbereich einfügen, insbesondere in dem Fall, in dem in beiden Arbeitsbereichen die Abtastung zeitgleich startet.
Insbesondere, wenn es in einer Schicht eine Mehrzahl von die Grenze 8ab überdeckenden Objektquerschnittsbereichen gibt, also Querschnittsbereiche, die unterschiedlichen Objekten zugeordnet sind oder unzusammenhängende Querschnittsbereiche ein und desselben Objekts, kann durch die Einfügung von Wartezeiten für eine bessere Koordination bei der Abtastung gesorgt werden. Dies wird nachfolgend anhand von 6 erläutert.
6 zeigt zwei Objektquerschnitte 201 und 202, die zu verfestigen sind, wobei beispielhaft angenommen wird, dass im Zuge der Abtastung der Trajektorien 222a und 222b in den Arbeitsbereichen 8a und 8b jeweils zunächst die Trajektorien im Objektquerschnitt 201 vor den Trajektorien im Objektquerschnitt 202 abgetastet werden. Da der Objektquerschnitt 201 asymmetrisch zur Grenze 8ab ist, würde ohne weitere Maßnahmen das Strahlbündel 22a im Arbeitsbereich 8a zu einem früheren Zeitpunkt mit der Abtastung des Objektquerschnitt 201 fertig sein als das Strahlbündel 22b im Arbeitsbereich 8b. Das Strahlbündel 22a würde als Folge zu einem früheren Zeitpunkt mit der Abtastung des Objektquerschnitt 202 beginnen als das Strahlbündel 22b, so dass im Objektquerschnitt 202 mit deutlichen Zeitdifferenzen bei der Abtastung der Trajektorien nahe der Grenze zu rechnen wäre. Hier bietet die Einfügung einer Wartezeit vor Beginn der Abtastung des Objektquerschnitts 201 im Arbeitsbereich 8a oder nach Beendigung der Abtastung des Objektquerschnitts 201 im Arbeitsbereich 8a die Möglichkeit, dafür zu sorgen, dass beide Strahlbündel 22a und 22b zum im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt bzw. mit geringem zeitlichem Abstand mit der Abtastung des Objektquerschnitts 202 beginnen. Wiederum müssen die Trajektorien nicht zwingend senkrecht zur Grenze 8ab liegen. Insbesondere ist das Vorgehen auch bei einer Abtastung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von 3 (mit im Wesentlichen zur Grenze paralleler Abtastrichtung) möglich.
Nachfolgend wird eine Vorgehensvariante beschrieben, die in Zusammenhang mit allen Ausführungsformen zur Anwendung gelangen kann.
Bei der additiven Herstellung von Objekten (z.B. mittels Lasersinterns oder Laserschmelzens) wird zur Verringerung von Schwundeffekten und Eigenspannungen oftmals die Orientierung der Trajektorien von Schicht zu Schicht um einen gewissen Winkel (z.B. 90°) geändert. Solch ein Vorgehen ist auch in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung möglich. Hierzu werden bevorzugt die Trajektorien und ihre Abtastrichtungen in den beiden Arbeitsbereichen um den gleichen Winkel, aber mit entgegengesetzter Drehrichtung gedreht. Beispielsweise erfolgt im ersten Arbeitsbereich eine Drehung im Uhrzeigersinn um den entsprechenden Winkel und im zweiten Arbeitsbereich eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn um den entsprechenden Winkel. Mit anderen Worten, die Drehrichtung muss bezogen auf die Grenze 8ab spiegelsymmetrisch sein. Der Sinn solch eines Vorgehens ist, dass dann trotz veränderter Orientierung der Trajektorien in beiden Arbeitsbereichen die Trajektorienabfolgerichtungen in beiden Arbeitsbereichen weiterhin spiegelsymmetrisch zur Grenze sind.
Nimmt man beispielsweise an, dass in einer Schicht eine Abtastung des Aufbaumaterials gemäß dem in 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel erfolgt, dann würde in der darauffolgenden Schicht, bei einem Drehwinkel von Schicht zu Schicht um 90°, die Abtastung gemäß der in 4 gezeigten ersten Variante der zweiten Ausführungsform erfolgen. Wie man erkennt, sind in 4 die Abtastrichtungen der Trajektorien im ersten Arbeitsbereich 8a gegenüber jenen in 3 um einen Winkel von 90° entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht und die Abtastrichtungen der Trajektorien im zweiten Arbeitsbereich 8b gegenüber jenen in 3 um einen Winkel von 90° im Uhrzeigersinn verdreht.
Selbst wenn der Rotationswinkel von Schicht zu Schicht von 90° verschieden ist, kann in der beschriebenen Weise vorgegangen werden. Dies wird anhand von 7 veranschaulicht. Diese zeigt einen Fall, in dem die Abtastrichtungen der Trajektorien im ersten Arbeitsbereich 8a gegenüber jenen in 3 um einen Winkel von 45° entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht und die Abtastrichtungen der Trajektorien im zweiten Arbeitsbereich 8b gegenüber jenen in 3 um einen Winkel von 45° im Uhrzeigersinn verdreht sind. Auch in diesem Fall kann durch eine spiegelsymmetrische Lage der Trajektorienabfolgerichtungen und entsprechend ein spiegelsymmetrisches Durchlaufen der Trajektorien dafür gesorgt werden, dass Stellen nahe der Grenze 8ab in den beiden Arbeitsbereichen gleichzeitig bzw. mit geringem zeitlichem Abstand zueinander mit dem Strahlbündel abgetastet werden.
Eine mögliche Implementierung einer Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung, die die oben genannten Vorgehensweisen erlaubt, wird nachfolgend mit Bezug auf 8 beschrieben:

Wie in 8 gezeigt, weist die Ansteuervorrichtung 190 eine Abtast-Steuereinheit 110 auf. Diese hat Zugriff auf einen Speicher 150, in dem ein Steuerdatensatz 130 abgelegt ist, der spezifiziert, an welchen Stellen einer Schicht durch Strahlungszufuhr eine Verfestigung des Aufbaumaterials bewirkt werden soll. Desweiteren hat die Abtast-Steuereinheit 110 Zugriff auf einen zweiten Datensatz 140 im Speicher 150, in dem die Arbeitsbereiche der beiden Strahlbündel-Emitter (Scanner) spezifiziert sind, also eine Zuordnung von Stellen des Baufelds zu den Scannern vorhanden ist. Ein Scan-Steuermodul 120 in der Abtast-Steuereinheit 110 steuert jeden der beiden Scanner so an, dass durch den jeweiligen Scanner die im Arbeitsbereich dieses Scanners liegenden in dem Steuerdatensatz 130 spezifizierten zu verfestigenden Stellen abgetastet werden. Dabei erfolgt die Abtastung entlang von zueinander parallelen Trajektorien (Hatchlinien), deren Länge und Orientierung in der Bauebene durch die Abtast-Steuereinheit 110 vorgegeben werden. Hierbei sorgt die Abtast-Steuereinheit 110 dafür, dass die Reihenfolge der Abtastung der Scanlinien im ersten und zweiten Arbeitsbereich so koordiniert wird, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich 8a zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich 8b abgetastet werden. Wie hier vorzugehen ist, kann durch den Steuerdatensatz 130 vorgegeben werden, der vor Beginn des Herstellvorgangs entsprechend konfiguriert wurde.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die Abtastung der Trajektorien in beiden Arbeitsbereichen zur Verfestigung eines Objektquerschnitts dadurch erzielt, dass für im Wesentlichen spiegelsymmetrische Trajektorienabfolgerichtungen in beiden Arbeitsbereichen gesorgt wird. Eine weitere Verbesserung der Homogenität des hergestellten Objekts an der Grenze lässt sich dadurch erzielen, dass die Trajektorien beidseits der Grenze spiegelbildlich zueinander gelegt werden und in einer weiteren Verbesserungsstufe dann auch in bezüglich der Grenze spiegelsymmetrischen Richtungen abgetastet werden. Sofern die Flächenanteile eines Objektquerschnitts in den beiden Arbeitsbereichen unterschiedlich sind, kann zusätzlich zur Verbesserung der Homogenität im Arbeitsbereich mit dem kleineren Flächenanteil eine Wartezeit eingefügt werden. Auch deren Implementierung ist relativ einfach. Bei besonders hohen Anforderungen an die Homogenität der hergestellten Objekte kann man jedoch eine noch präzisere, aber auch aufwendigere Vorgehensweise, die nachfolgend beschrieben wird.
In welchem Umfang eine Abtastung einer Stelle eines Arbeitsbereichs zu einer relevanten Temperaturerhöhung von Stellen im anderen Arbeitsbereich führt, hängt vom Abstand zu den Stellen im anderen Arbeitsbereich und vom zeitlichen Versatz zur Abtastung der Stellen im anderen Arbeitsbereich ab. Man kann daher bei der Generierung des Steuerdatensatzes für grenznahe Stellen in einem Arbeitsbereich, im Idealfall für alle abzutastenden Stellen des Arbeitsbereichs, prüfen, ob bei einer vorläufig festgelegten Abtastreihenfolge der abzutastenden Stellen dieses Arbeitsbereichs ein vorgegebener maximaler Zeitabstand zum Zeitpunkt der Abtastung von grenznahem Stellen in dem anderen Arbeitsbereich, im Idealfall zum Zeitpunkt der Abtastung von allen Stellen in dem anderen Arbeitsbereich, eingehalten wird. Sollte dies nicht der Fall sein, so kann die Abtaststrategie geändert werden, z.B. durch Einfügung von Wartezeiten und/oder durch die Änderung der Orientierung der Trajektorien und gegebenenfalls die Änderung der Orientierung der Abtastrichtungen. Erfahrungsgemäß sollte für übliche Anforderungen an die Homogenität der Objekte bei polymerbasierten Aufbaumaterialien ein maximaler Zeitabstand von 200 ms eingehalten werden, der bei erhöhten Anforderungen an die Homogenität auch einen geringeren Wert, z.B. 100 ms, 50 ms, 20 ms oder 10 ms annehmen kann.
Je größer der Abstand zweier zu verfestigender Stellen voneinander ist, desto geringer ist auch die gegenseitige Beeinflussung, wenn einer der Stellen bei der Abtastung Wärmeenergie zugeführt wird. Daher bietet es sich aus Gründen der Effizienz an, die oben erwähnte Prüfung nur für zu verfestigende Stellen in beiden Arbeitsbereichen durchzuführen, deren gegenseitiger Abstand kleiner als ein vorgegebener Mindestabstand ist. Dieser Mindestabstand hängt von den Wärmeleiteigenschaften des verwendeten Aufbaumaterials und von den durch die Art des Aufbaumaterials vorgegebenen Prozessbedingungen ab. So wird z.B. bei Verwendung von polymerbasiertem Aufbaumaterial nur ein geringer Anteil der für einen Aufschmelzvorgang erforderlichen Energie durch das Strahlbündel, z. B. einen Laserstrahl, in das Aufbaumaterials eingebracht. Letzteres wird in der Regel mittels einer Heizvorrichtung auf eine Arbeitstemperatur knapp unterhalb der Schmelztemperatur vorgeheizt. Bei metallhaltigem Aufbaumaterial ist der Fall anders gelagert. Hier liegt die Arbeitstemperatur deutlich unter dem Schmelzpunkt und bei der Abtastung wird verhältnismäßig viel Energie in das Aufbaumaterial eingetragen.
Erfahrungsgemäß sollte es für nicht allzu hohe Anforderungen an die Homogenität der Objekte bei polymerbasierten Aufbaumaterialien ausreichend sein, die Prüfung für Stellen durchzuführen, deren gegenseitiger Abstand geringer als das 3-fache der Strahlbreite des Strahlbündels ist. Mit steigenden Anforderungen an die Homogenität kann eine Berücksichtigung von Stellen notwendig werden, deren gegenseitiger Abstand geringer als das 5-fache, 10-fache, 50-fache, 100-fache, 500-fache oder gar 1000-fache der Strahlbreite des Strahlbündels ist.
Ein Steuerdatensatz, der einer Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung die erfindungsgemäße Ansteuerung ermöglicht, kann auf folgende Weise generiert werden:

Eine in 9 schematisch gezeigte Vorrichtung 100 zur Generierung eines Steuerdatensatzes, die in der Regel mittels Software implementiert ist, enthält eine Datenzugriffseinheit 101, die auf einen Datensatz mit einem Datenmodell (z.B. einem CAD-Modell) einer Anzahl von Querschnitten des Objekts zugreift. In dem in 10 gezeigten Verfahrensablauf ist dies der erste Schritt S1. Idealerweise wurde bereits ein sogenanntes „Slicing“ durchgeführt, also eine Zuordnung der Objektquerschnitte zu Aufbaumaterialschichten.

In dem in 10 gezeigten zweiten Schritt S2 spezifiziert nun eine in 9 gezeigte Datenmodell-Erzeugungseinheit 102 in dem Datenmodell zumindest eines Objektquerschnitts eine Verfestigung von Stellen einer Aufbaumaterialschicht in einer zeitlichen Reihenfolge, die der Bewegung des ersten und zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien über das Aufbaumaterial in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich entspricht. Insbesondere wird dabei eine zeitliche Abstimmung von zu verfestigenden Stellen in dem ersten Arbeitsbereich 8a zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich 8b spezifiziert. Bei einer Variante der Vorrichtung zur Generierung eines Steuerdatensatzes, die im Falle hoher Anforderungen an die Homogenität der hergestellten Objekte zum Einsatz kommt, ist zusätzlich noch eine Prüfeinheit 108 vorhanden (gestrichelt dargestellt), die abprüft, ob bei einer vorläufig festgelegten Abtastreihenfolge der abzutastenden Stellen eines Arbeitsbereichs ein vorgegebener maximaler Zeitabstand zum Zeitpunkt der Abtastung von grenznahem Stellen in dem anderen Arbeitsbereich, im Idealfall zum Zeitpunkt der Abtastung von allen Stellen in dem anderen Arbeitsbereich, eingehalten wird. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Datenmodell-Erzeugungseinheit 102 veranlasst, das Datenmodell abzuändern.
Nachdem im zweiten Schritt S2 in 10 ein Datenmodell erzeugt wurde, wird anschließend durch die in 9 gezeigte Steuerdaten-Generierungseinheit 103 ein Steuerdatensatz generiert (in 10 ist dies der Schritt S3). Dabei kann entweder das im zweiten Schritt S2 erzeugte Datenmodell als Steuerinformation (Steuerdaten) bereitgestellt werden oder aber das Datenmodell wird für eine bessere Integrierbarkeit in einen Steuerdatensatz umformatiert. Das beschriebene Vorgehen kann für alle Objektquerschnitte eines herzustellenden Objekts angewandt werden.
Das erfindungsgemäße Vorgehen ist insbesondere in sogenannten Downskin-Bereichen von Vorteil. Dies sind Bereiche in dem herzustellenden Objekt, die während der Herstellung an unverfestigtes Pulver unterhalb des Objekts angrenzen. Die Erfinder haben festgestellt, dass gerade die während der Herstellung nach unten, also zur Bauplattform hin, zeigenden Oberflächen Defekte an der Grenze zwischen den beiden Arbeitsbereichen aufweisen können.
Die erfindungsgemäße zeitliche Abstimmung der Abtastung von Stellen in den beiden Arbeitsbereichen sollte insbesondere bei Objektquerschnitten angewandt werden, die unmittelbar an unverfestigtes Aufbaumaterial darunter angrenzen, also Oberflächenbereiche des Objekts enthalten, die während der Herstellung nach unten zeigen. Bevorzugt sollte die erfindungsgemäße zeitliche Abstimmung bei den untersten drei Objektquerschnitten oberhalb von unverfestigtem Aufbaumaterial, noch bevorzugter bei den untersten fünf Objektquerschnitten zum Einsatz kommen.
Für eine hohe Qualität der während der Herstellung nach unten zeigenden Oberflächenbereiche des Objekts kann unterstützend zur Herstellung der untersten drei Objektquerschnitte, bevorzugt zur Herstellung der untersten fünf Objektquerschnitte, eine Schicht unverfestigten Aufbaumaterials nicht mit derselben Dicke wie in anderen Objektbereichen (der Normschichtauftragsdicke), sondern mit einem Bruchteil dieser Dicke, z.B. 50% dieser Dicke aufgetragen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016110440 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die additive Herstellvorrichtung eingerichtet ist, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld (8) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds (8) einen ersten Strahlbündel-Emitter (23a) aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel (22a) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter (23b), von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel (22b) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter (23a) ein erster Arbeitsbereich (8a) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel (22a) gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter (23b) ein zweiter Arbeitsbereich (8b) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel (22b) gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze (8ab) aneinandergrenzen, wobei die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (222a, 222b) in dem Baufeld (8) abgetastet werden, wobei die Energieeintragsvorrichtung (20) so gesteuert wird, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich (8a) zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich (8b) abgetastet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren bei der Verfestigung von Querschnitten des Objekts angewendet wird, die die Grenze (8ab) zwischen dem ersten und zweiten Arbeitsbereich überdecken.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zu verfestigende Stellen an der Grenze (8ab) in dem ersten Arbeitsbereich (8a) mit einem vorab ermittelten material- und/oder prozessspezifischen maximalen Zeitabstand zu zu verfestigenden Stellen an der Grenze (8ab) in dem zweiten Arbeitsbereich (8b) abgetastet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich (8a) mit einem maximalen Zeitabstand zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich (8b) abgetastet werden, der kleiner oder gleich 200ms, bevorzugt kleiner oder gleich 100ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 50ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 20ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 10ms ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich (8a) im Wesentlichen zeitgleich mit bezüglich der Grenze (8ab) spiegelsymmetrischen zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich (8b) abgetastet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem im ersten und im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorien jeweils im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Trajektorien im ersten und im zweiten Arbeitsbereich unter einem Winkel zur Grenze (8ab) verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem im ersten und im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorien im Wesentlichen parallel zur Grenze (8ab) verlaufen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem bei der Abtastung die Trajektorienabfolgerichtung im zweiten Arbeitsbereich bezüglich der Grenze (8ab) spiegelsymmetrisch zur Trajektorienabfolgerichtung im ersten Arbeitsbereich ist.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem sowohl im ersten Arbeitsbereich (8a) als auch im zweiten Arbeitsbereich (8b) die Trajektorienabfolgerichtung von der Grenze (8ab) weg zeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem die Trajektorien in den beiden Arbeitsbereichen spiegelsymmetrisch zur Grenze angeordnet sind, wobei bevorzugt die Abtastrichtungen von Trajektorien in den beiden Arbeitsbereichen, die spiegelsymmetrisch zur Grenze sind, ebenfalls spiegelsymmetrisch sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem im Falle des Vorhandenseins mehrerer nicht zusammenhängender Objektquerschnittsbereiche, die jeweils die Grenze (8ab) überdecken, in zumindest einem der beiden Arbeitsbereiche nach und/oder vor einem im Wesentlichen vollständigen Abtasten eines Objektquerschnittbereichs eine Wartezeit vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Paare von Stellen, bevorzugt alle Paare von Stellen, beidseits der Grenze (8ab), deren Abstand zueinander geringer als das 1000-fache, bevorzugter geringer als das 500-fache, noch bevorzugter geringer als das 100-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 50-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 10-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 5-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 3-fache der Strahlbreite des ersten Strahlbündels (22a) auf das Aufbaumaterial im ersten Arbeitsbereich (8a) ist, zeitlich aufeinander abgestimmt verfestigt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abtastrichtungen der Trajektorien in einer auf eine erste Schicht nachfolgenden zweiten Schicht um einen Winkel τ gegenüber jenen der ersten Schicht verdreht sind, wobei die Drehrichtung im ersten Arbeitsbereich entgegengesetzt zur Drehrichtung im zweiten Arbeitsbereich ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren bei der Verfestigung von Objektquerschnitten angewandt wird, die während der Herstellung einen nach unten zeigenden Oberflächenbereich des Objekts aufweisen, bevorzugt zusätzlich bei der Verfestigung der beiden Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb solcher Objektquerschnitte, noch weiter bevorzugt zusätzlich bei der Verfestigung von vier Objektquerschnitten unmittelbar oberhalb eines Objektquerschnitts mit während der Herstellung nach unten zeigendem Oberflächenbereich.
Additives Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels einer additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld (8) mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds (8) einen ersten Strahlbündel-Emitter (23a) aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel (22a) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter (23b), von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel (22b) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter (23a) ein erster Arbeitsbereich (8a) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel (22a) gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter (23b) ein zweiter Arbeitsbereich (8b) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel (22b) gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze (8ab) aneinandergrenzen, wobei die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (222a, 222b) in dem Baufeld (8) abgetastet werden, wobei die Energieeintragsvorrichtung (20) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 gesteuert wird.
Additives Herstellverfahren nach Anspruch 16, bei dem polymerbasiertes Aufbaumaterial verwendet wird.
Additives Herstellverfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei Schichten, die zur Ausbildung eines Objektquerschnitts mit einem während der Herstellung nach unten zeigenden Oberflächenbereich des Objekts selektiv verfestigt werden, bevorzugt zusätzlich Schichten, die zur Ausbildung der beiden Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb solch eines Objektquerschnitte selektiv verfestigt werden, noch weiter bevorzugt zusätzlich Schichten, die zur Ausbildung der vier Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb eines Objektquerschnitts mit während der Herstellung nach unten zeigendem Oberflächenbereich selektiv verfestigt werden, mit einem Bruchteil der Normschichtauftragsdicke, bevorzugt der halben Normschichtauftragsdicke, aufgetragen werden.
Ansteuervorrichtung (39) einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die additive Herstellvorrichtung eingerichtet ist, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld (8) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds (8) einen ersten Strahlbündel-Emitter (23a) aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel (22a) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter (23b), von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel (22b) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter (23a) ein erster Arbeitsbereich (8a) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel (22a) gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter (23b) ein zweiter Arbeitsbereich (8b) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel (22b) gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze (8ab) aneinandergrenzen, wobei die Ansteuervorrichtung eine Abtast-Steuereinheit aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie die Energieeintragsvorrichtung veranlasst, die Verfestigungsstellen in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (222a, 222b) in dem Baufeld (8) abzutasten, wobei die Abtast-Steuereinheit die Bewegungen des ersten und zweiten Strahlbündels so koordiniert, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich (8a) zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich (8b) abgetastet werden.
Additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld (8) mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die additive Herstellvorrichtung aufweist: eine Schichtaufbringvorrichtung (16), die geeignet ist, eine Schicht eines Aufbaumaterials auf eine bereits vorhandene, bevorzugt bereits selektiv verfestigte, Aufbaumaterialschicht aufzubringen, und eine Energieeintragsvorrichtung (20), die geeignet ist, Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zuzuführen, wobei die Energieeintragsvorrichtung (20) oberhalb des Baufelds (8) einen ersten Strahlbündel-Emitter (23a) aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel (22a) auf das Baufeld (8) gerichtet werden kann, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter (23b), von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel (22b) auf das Baufeld (8) gerichtet werden kann, wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter (23a) ein erster Arbeitsbereich (8a) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel (22a) gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter (23b) ein zweiter Arbeitsbereich (8b) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel (22b) gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze (8ab) aneinandergrenzen, wobei die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (222a, 222b) in dem Baufeld (8) abgetastet werden, wobei die additive Herstellvorrichtung eine Vorrichtung nach Anspruch 19 aufweist und/oder mit einer Vorrichtung nach Anspruch 19 signaltechnisch verbunden ist.