DE19947576C1 - Axis-dependent scale determination method for selective laser sintering uses comparison between dimensions of test body provided by selective laser sintering with dimensions of test body provided by model - Google Patents
Axis-dependent scale determination method for selective laser sintering uses comparison between dimensions of test body provided by selective laser sintering with dimensions of test body provided by modelInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Prüfkörper zur Ermittlung der achsen abhängigen Skalierung eines Laser-Sinter-Verfahrens gemäß der Oberbegriffe des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 6. Derartige Verfahren und Prüfkörper sind bereits aus ["SLS Geometry Tools Guide"; Procedure 17 "findscale utility"; DTM- Corporation, September 1996] bekannt.The invention relates to a method and a test specimen for determining the axis-dependent scaling of a laser sintering method according to the preambles of patent claim 1 and patent claim 6. Such methods and test specimens are already from ["SLS Geometry Tools Guide"; Procedure 17 "findscale utility"; DTM Corporation, September 1996].
Im Modell- und Prototypenbau finden Rapid Prototyping Verfahren wie das Selektive Laser Sintern (SLS) verstärkt Anwendung. Gerade bei der Herstellung von Prototypen ist die Maßhaltigkeit des Bauteils von entscheidender Bedeutung, um reproduzierbare Aussagen über das Serienbauteil zu erhalten.Rapid prototyping processes such as the selective can be found in model and prototype construction Laser sintering (SLS) increases application. Especially in the production of prototypes the dimensional accuracy of the component is crucial to ensure reproducibility Receive statements about the series component.
Ausgangspunkt des SLS ist ein CAD-Flächenmodell des zu erstellenden Prototypen, welches rechnerunterstützt in dünne Scheiben zerlegt wird. Pulverförmiges Baumaterial wird entsprechend der vorgegebenen Dicke der berechneten Scheibe gleichmäßig in einem Bauraum schichtweise in der sog. Z-Achsenrichtung aufgetragen und innerhalb der von den CAD-Daten vorgegebenen Grenzen wird jede Pulverschicht mittels eines Lasers ausgehärtet. The starting point of the SLS is a CAD surface model of the prototype to be created, which is broken down into thin slices with computer support. Powdery building material becomes uniform in according to the specified thickness of the calculated slice applied in layers in the so-called Z-axis direction and within the limits specified by the CAD data, each powder layer by means of a Laser cured.
In der Praxis treten häufig Abweichungen zwischen dem theoretischen CAD-Modell und dem aus ihm erstellten Prototypen auf. Zu deren Kompensation wird in ["SLS Geometry Tools Guide"; Procedure 17 "findscale utility"; DTM-Corporation, September 1996] eine Skalierung des SLS-Verfahrens vorgeschlagen. Hierzu wird ein Prüfkörper mittels SLS hergestellt und dann werden seine Maße in X- und Y-Richtung vermessen. Anhand der bekannten CAD-Soll-Maße und der gemessenen Ist-Maße wird jeweils eine lineare Skalierung der CAD-Soll-Maße für die X- und die Y-Richtung berechnet. Es ist möglich, für die Z-Richtung ebenso zu verfahren. Dies wird aber nicht als notwendig erachtet. Angaben über den Prüfkörper werden nicht gegeben.In practice, there are often deviations between the theoretical CAD model and the prototype created from it. To compensate for this is described in ["SLS Geometry Tools Guide"; Procedure 17 "findscale utility"; DTM Corporation, September 1996] proposed scaling the SLS method. For this purpose, a test specimen is produced using SLS and its dimensions are then measured in the X and Y directions. Using the known CAD target dimensions and the measured actual dimensions, a linear scaling of the CAD target dimensions for the X and Y directions is calculated. It is possible to do the same for the Z direction. However, this is not considered necessary. No details are given about the test specimen.
Da sich die Einsatzbereiche des SLS ständig ausdehnen, werden auch die Anforderun gen an die Präzision, insbesondere an die Maßhaltigkeit der Bauteile ständig höher.As the areas of application of the SLS are constantly expanding, so are the requirements precision, especially the dimensional accuracy of the components.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und einen Prüfkörper zur Ermittlung der achsen-abhängigen Skalierung eines SLS-Verfahrens anzugeben, deren Einsatz eine bessere Maßhaltigkeit des hergestellten Bauteils ermöglicht.The object of the present invention is therefore a method and a Test specimen for determining the axis-dependent scaling of an SLS method indicate their use a better dimensional accuracy of the manufactured component enables.
Die Erfindung ist in Bezug auf das zu schaffende Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche 2 bis 5 enthalten vorteil hafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Erfindung ist in Bezug auf den zu schaffenden Prüfkörper durch die Merkmale des Patentanspruchs 6 wieder gegeben. Der weitere Anspruch 7 enthält eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Prüfkörpers.The invention is related to the method to be created by the features of Claim 1 reproduced. The further claims 2 to 5 contain advantageous adhesive refinements of the method according to the invention. The invention is related on the test specimen to be created by the features of claim 6 again given. The further claim 7 contains an advantageous embodiment of the test specimen according to the invention.
In Abhängigkeit von Leistung und Einwirkdauer des Laserstrahls auf das Sintermaterial wird dieses sehr unterschiedlich aufgeschmolzen. Die Unterschiede reichen von einem leichten Aufschmelzen im Außenbereich der Pulverkörner - gerade ausreichend um die Körner miteinander zu verkleben - bis hin zum vollständigen Aufschmelzen. Entsprechend schrumpft eine Pulverschicht infolge des Sinterns unterschiedlich stark. Dieser Effekt wird überlagert durch den Einfluß eines Nachsinter-Prozesses der darunter liegenden, bereits verschmolzenen Schichten. Diese Schichten weisen eine inhomogene Temperaturverteilung auf und infolgedessen erfolgt eine inhomogene (langsame) Nachsinterung, die zu einer inhomogenen Schrumpfung führt. Zusätzlich wird die Schrumpfung einer Schicht beeinflußt durch den Gewichtsdruck der darüber liegenden Schichten, wobei dieser über gesinterte und lose Pulverschichten unter schiedlich vermittelt wird.Depending on the power and duration of exposure of the laser beam to the sintered material it is melted very differently. The differences range from one slight melting in the outer area of the powder grains - just enough for the Glue the grains together - until they melt completely. Correspondingly, a powder layer shrinks to different degrees as a result of sintering. This effect is overlaid by the influence of a post-sintering process underlying, already fused layers. These layers have one inhomogeneous temperature distribution and consequently there is an inhomogeneous temperature distribution (slow) resintering, which leads to inhomogeneous shrinkage. In addition the shrinkage of a layer is influenced by the weight pressure of the layer above lying layers, this over sintered and loose powder layers underneath is mediated differently.
Das bedeutet, unter Berücksichtigung der genannten Einflußfaktoren sind nicht lineare Abweichungen von der Soll-Geometrie des Bauteils zu erwarten, welche zusätzlich von der lateralen Position abhängig sind. Um diese zu kompensieren ist eine nicht lineare Skalierung vorgesehen.This means that taking into account the influencing factors mentioned are not linear Deviations from the target geometry of the component are to be expected, which additionally of depend on the lateral position. To compensate for this is a non-linear one Scaling provided.
Die Aufgabe wird, bezüglich des zu schaffenden Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Ermittlung einer achsen-abhängigen Skalierung des Laser-Sinter- Verfahrens, zunächst ein Prüfkörper mittels des Laser-Sinter-Verfahrens hergestellt wird, dessen Ist-Maße vermessen werden, diese mit Soll-Maßen verglichen werden und bei dem anhand dieses Vergleichs mindestens eine achsen-abhängige Skalierung des Laser-Sinter-Verfahrens berechnet wird, wobei mindestens eine achsen-abhängige Skalierung eine nichtlineare, z-achsen-abhängige Skalierung ist.According to the invention, the object is thereby achieved with regard to the method to be created solved that to determine an axis-dependent scaling of the laser sintering Process, first a test specimen is produced by means of the laser sintering process whose actual dimensions are measured, these are compared with target dimensions and in which at least one axis-dependent scaling of the Laser sintering process is calculated using at least one axis-dependent Scaling is a non-linear, z-axis dependent scaling.
Die Verwendung der nicht-linearen Skalierung in z-Achsenrichtung verbessert die Maßhaltigkeit der mit dem SLS-Verfahren hergestellten Bauteile wesentlich. Die nicht lineare Skalierung erfolgt durch die nicht lineare Optimierung einer beliebigen nicht linearen Kurve an eine Anzahl von Meßpunkten, zum Beispiel durch Minimierung der Fehler-Quadrate mittels des sogenannten Chi-Quadrat-Verfahrens. Dabei können neben der Skalierung in z-Achsenrichtung auch Skalierungen in x- und y-Achsenrichtung, insbesondere nicht lineare Skalierungen, erfolgen.Using the non-linear scaling in the z-axis direction improves the Dimensional accuracy of the components manufactured with the SLS process is essential. They don't linear scaling is done by the non-linear optimization of any non linear curve at a number of measuring points, for example by minimizing the Error squares using the so-called chi-square method. In addition to scaling in the z-axis direction also scaling in the x- and y-axis direction, in particular non-linear scaling.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die nichtlineare, z-abhängige Skalierung für verschiedene x-y-Positionen jeweils einzeln durchgeführt. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the non-linear, z-dependent scaling for different x-y positions individually carried out.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nichtlineare x- und/oder y-achsenabhängige Skalierungen durchgeführt, vorzugsweise für verschiedene z-y und/oder z-x-Positionen jeweils einzeln.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention non-linear scaling depending on the x and / or y axis is carried out, preferably individually for different z-y and / or z-x positions.
Die wenigsten Bauteile sind relativ zu ihren Hauptachsen gleichmäßig aufgebaut. Deshalb ergeben sich durch die bereits genannten Einflußfaktoren in unterschiedlichen x- und/oder y-Positionen unterschiedliche Abweichungen in z-Richtung, die durch unterschiedliche Skalierungen kompensiert werden müssen. Dieses Problem wird durch eine in x- und/oder y-Richtung inhomogene z-Skalierung des SLS-Verfahrens gelöst.Few components are evenly structured relative to their main axes. Therefore, the influencing factors already mentioned result in different x and / or y positions different deviations in the z direction caused by different scaling must be compensated. This problem is solved by solved an inhomogeneous z scaling of the SLS method in the x and / or y direction.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Prüfkörper hergestellt gemäß einem Datensatz nach einem CAD-Flächen modell, das eine Stabform beschreibt, die entlang einer Stabachse mehrere Aus buchtungen aufweist, welche zur Stabachse senkrecht angeordnet sind, flächige Form besitzen, zueinander parallel ausgerichtet sind, in definierten Abständen auftreten, wobei der Prüfkörper hergestellt wird mit einer Ausrichtung der Stabachse entlang der zu skalierenden z-Achse des Laser-Sinter-Verfahrens.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention the test specimen is produced according to a data set based on a CAD surface model that describes a rod shape that has several off along a rod axis Bores which are arranged perpendicular to the rod axis, flat shape possess, are aligned parallel to each other, occur at defined intervals, the test specimen being produced with an orientation of the rod axis along the scalable z-axis of the laser sintering process.
Besonders vorteilhaft erweist sich hier die Verwendung eines optimierten Prüfkörpers und die dadurch erleichterte Berechnung einer nichtlinearen, z-abhängigen Skalierung des Laser-Sinter-Verfahrens.The use of an optimized test specimen proves to be particularly advantageous here and the easier calculation of a non-linear, z-dependent scaling of the laser sintering process.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrens werden Ist-Abstände der flächigen Ausbuchtungen des Prüfkörpers zueinander ver messen und mit Soll-Abständen der flächigen Ausbuchtungen des CAD-Flächenmodells des Prüfkörpers verglichen.In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention actual distances between the flat bulges of the test specimen are ver measure and with target distances of the flat bulges of the CAD surface model of the test specimen compared.
Der Vorteil besteht darin, daß die Abstände besonders einfach vermessen werden können, beispielsweise mittels einer einfachen Schieblehre.The advantage is that the distances can be measured particularly easily can, for example by means of a simple slide gauge.
Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Prüfkörpers erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Prüfkörper mittels des Laser-Sinter-Verfahrens hergestellt wird, wobei die Herstellung gemäß einem Datensatz nach einem CAD-Flächenmodell erfolgt ist, das eine Stabform beschreibt, die entlang einer Stabachse mehrere Ausbuchtungen auf weist, welche zur Stabachse senkrecht angeordnet sind, flächige Form besitzen, zuein ander parallel ausgerichtet sind und in definierten Abständen auftreten.The object is achieved according to the invention with respect to the test specimen to be created solved that the test specimen is produced by means of the laser sintering process, wherein the production was carried out according to a data record according to a CAD surface model, which describes a rod shape that has several bulges along a rod axis points, which are arranged perpendicular to the rod axis, have a flat shape others are aligned in parallel and occur at defined intervals.
Ein Körper dieser Gestalt erlaubt - wenn er so hergestellt wird, daß seine Stabachse mit der z-Achse des SLS-Verfahrens zusammenfällt - auf einfache Weise die Berech nung einer nicht-linearen z-abhängigen Skalierung des Laser-Sinter-Verfahrens, da seine Form in z-Richtung nicht-linear aufgebaut ist.A body of this shape allows - if it is made so that its rod axis coincides with the z-axis of the SLS method - the comp a non-linear z-dependent scaling of the laser sintering process, because its shape is non-linear in the z direction.
Anspruch 7 gibt eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Prüfkörpers an. Die im Soll-Datensatz äquidistanten Ausbuchtungen vereinfachen die Berechnung der nicht-linearen z-abhängigen Skalierung des Laser-Sinter-Verfahrens.Claim 7 gives an advantageous embodiment of the test specimen according to the invention on. The bulges, which are equidistant in the target data set, simplify the calculation the non-linear z-dependent scaling of the laser sintering process.
Im Folgenden werden anhand der Fig. 1 sowie 2a und 2b ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prüfkörpers und das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigenAn exemplary embodiment of the test specimen according to the invention and the method according to the invention are explained in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2a and 2b. Show it
Fig. 1 Eine bevorzugte Ausführungsform des Prüfkörpers in dreidimensionaler Darstellung Fig. 1 A preferred embodiment of the test specimen in three-dimensional representation
Fig. 2a Die Ausführungsform des Prüfkörpers gemäß Fig. 1 in zweidimensionaler Darstellung (Projektion) FIG. 2a The embodiment of the test specimen of FIG. 1 in two-dimensional representation (projection)
Fig. 2b Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Prüfkörpers in zweidimensionaler Darstellung (Projektion) Fig. 2B shows a second preferred embodiment of the specimen in two-dimensional representation (projection)
Die Fig. 1 sowie 2a und 2b stellen schematisch und nicht maßstabsgerecht Prüfkörper zur Ermittlung der achsen-abhängigen Skalierung in einem Laser-Sinter- Verfahren dar. Ein solcher Prüfkörper besitzt Stabform und weist entlang seiner Stabachse in Längsrichtung mehrere Ausbuchtungen auf, welche zur Stabachse senkrecht angeordnet sind, flächige Form besitzen, zueinander parallel ausgerichtet sind und in definierten, äquidistanten Abständen auftreten. Die Fig. 2a zeigt eine Aus führungsform, deren Ausbuchtungen auf Ober- und Unterseite zur Stabachse senkrecht ausgerichtete Flächen aufweisen. Die Fig. 2b zeigt eine Ausführungsform, deren Ausbuchtungen nur auf der Oberseite zur Stabachse senkrecht ausgerichtete Flächen aufweisen, während die Unterseite abgeschrägt ist. Figs. 1 and 2a and 2b show schematically and not to scale test specimens for determination of the axis-dependent scaling in a laser-sintering process. Such a test body has rod-shaped and has a plurality of indentations along its beam axis in the longitudinal direction which is perpendicular to the rod axis are arranged, have a flat shape, are aligned parallel to each other and occur at defined, equidistant intervals. Fig. 2a shows an imple mentation form, the bulges on the top and bottom of the rod axis have surfaces oriented perpendicular. FIG. 2b shows an embodiment in which protrusions have only on the upper side to the rod axis oriented perpendicular surfaces, while the bottom is bevelled.
Für die Ermittlung einer inhomogenen, nicht-linearen z-Skalierung des Laser-Sinter- Verfahrens wird der Prüfkörper gemäß Fig. 1 in z-Richtung an unterschiedlichen x- und y-Positionen vermessen. Dabei werden die Abstände der flächigen Ausbuchtungen des Prüfkörpers zueinander vermessen. Die x- und y-Positionen sind (X,Y) = (0,0), (0,1), (1, 0) und (1,1). Dann werden die gemessenen Ist-Maße mit den theoretischen Soll-Maßen der Abstände der flächigen Ausbuchtungen des CAD-Flächenmodells des Prüfkörpers verglichen. Die berechneten Abweichungen werden dann für jede (x,y)-Positionen zur Berechnung einer nicht-linearen Skalierungsfunktion in Abhängigkeit von der z-Koor dinate verwendet, so daß sich für das gesamte Bauteil eine inhomogene z-Achsen- Skalierung der CAD-Daten in dem Laser-Sinter-Verfahren ergibt.To determine an inhomogeneous, non-linear z-scaling of the laser sintering method, the test specimen according to FIG. 1 is measured in the z-direction at different x and y positions. The distances between the flat protrusions of the test specimen are measured. The x and y positions are (X, Y) = (0.0), (0.1), (1, 0) and ( 1 , 1 ). Then the measured actual dimensions are compared with the theoretical target dimensions of the distances between the planar bulges of the CAD surface model of the test specimen. The calculated deviations are then used for each (x, y) positions to calculate a non-linear scaling function as a function of the z coordinate, so that there is an inhomogeneous z-axis scaling of the CAD data for the entire component the laser sintering process.
Die Erfindung ist nicht auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt.The invention is not restricted to the exemplary embodiment described above.
Anstatt der äquidistanten, symmetrisch verteilten Ausbuchtungen gleicher Form des Prüfkörpers sind Ausbuchtungen unterschiedlicher Form und/oder in unterschied lichen definierten Abständen in unsymmetrischer Verteilung entlang der Stabachse des Prüfkörpers, also der z-Achse des Laser-Sinter-Verfahrens, möglich.Instead of the equidistant, symmetrically distributed bulges of the same shape of the Test specimens are bulges of different shape and / or in different defined distances in an asymmetrical distribution along the rod axis of the Test specimen, i.e. the z-axis of the laser sintering process, possible.
Anstatt den CAD-Datensatz in z-Richtung nicht-linear zu skalieren, kann auch die Dicke der pro Prozeßschritt aufgetragenen Pulverschicht in z-Richtung nicht-linear skaliert werden.Instead of scaling the CAD data set non-linearly in the z direction, the thickness can also be used the powder layer applied per process step is scaled non-linearly in the z direction become.
Claims (7)
- - bei dem ein Prüfkörper mittels des Laser-Sinter-Verfahrens hergestellt wird,
- - dessen Ist-Maße vermessen werden,
- - diese mit Soll-Maßen verglichen werden
- - und bei dem anhand dieses Vergleichs mindestens eine achsen-abhängige Skalierung des Laser-Sinter-Verfahrens berechnet wird,
- - daß mindestens eine achsen-abhängige Skalierung eine nichtlineare, z-achsen-abhängige Skalierung ist.
- - in which a test specimen is produced by means of the laser sintering process,
- - whose actual dimensions are measured,
- - These are compared with target dimensions
- and in which at least one axis-dependent scaling of the laser sintering method is calculated on the basis of this comparison,
- - That at least one axis-dependent scaling is a non-linear, z-axis-dependent scaling.
daß eine nichtlineare x- und/oder y-achsenabhängige Skalierung durchgeführt wird,
vorzugsweise für verschiedene z-y und/oder z-x-Positionen jeweils einzeln.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in
that a non-linear x- and / or y-axis-dependent scaling is carried out,
preferably individually for different zy and / or zx positions.
- - zur Stabachse senkrecht angeordnet sind,
- - flächige Form besitzen,
- - zueinander parallel ausgerichtet sind
- - in definierten Abständen auftreten, und
- - daß der Prüfkörper hergestellt wird mit einer Ausrichtung der Stabachse entlang der zu skalierenden z-Achse des Laser-Sinter-Verfahrens.
- - are arranged perpendicular to the rod axis,
- - have a flat shape,
- - are aligned parallel to each other
- - occur at defined intervals, and
- - That the test specimen is produced with an alignment of the rod axis along the z-axis to be scaled of the laser sintering process.
daß Ist-Abstände der flächigen Ausbuchtungen des Prüfkörpers zueinander vermessen werden,
und mit Soll-Abständen der flächigen Ausbuchtungen des CAD-Flächenmodells des Prüfkörpers verglichen werden. 5. The method according to claim 4, characterized in
that the actual distances between the planar bulges of the test specimen are measured,
and are compared with target distances of the planar bulges of the CAD surface model of the test specimen.
- - zur Stabachse senkrecht angeordnet sind,
- - flächige Form besitzen,
- - zueinander parallel ausgerichtet sind und
- - in definierten Abständen auftreten,
- - are arranged perpendicular to the rod axis,
- - have a flat shape,
- - are aligned parallel to each other and
- - occur at defined intervals,
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8368 | Opposition refused due to inadmissibility | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: EOS GMBH ELECTRO OPTICAL SYSTEMS, DE Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE Effective date: 20130710 |
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| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |