EP3174655A1 - Kamerabasierte rauheitsbestimmung für generativ hergestellte bauteile - Google Patents

Kamerabasierte rauheitsbestimmung für generativ hergestellte bauteile

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Publication number
EP3174655A1
EP3174655A1 EP15744471.2A EP15744471A EP3174655A1 EP 3174655 A1 EP3174655 A1 EP 3174655A1 EP 15744471 A EP15744471 A EP 15744471A EP 3174655 A1 EP3174655 A1 EP 3174655A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
contour
layer
camera
roughness
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15744471.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Hess
Georg SCHLICK
Alexander Ladewig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP3174655A1 publication Critical patent/EP3174655A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
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    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for the generative production of components by layerwise joining of powder particles to one another and / or with an already produced semi - finished product or substrate by selective interaction of the powder particles with a high - energy beam, in particular a method for selective laser or electron beam melting.
  • Generative manufacturing processes for producing a component such as, for example, selective laser melting, selective electron beam melting or laser deposition welding, in which the component is built up in layers using powder material, are used in industry for so-called rapid tooling, rapid prototyping or also for the production of series products used in the context of rapid manufacturing.
  • such methods can also be used for the production of turbine parts, in particular of parts for aircraft engines, in which, for example, due to the material used, such generative production methods are advantageous.
  • An example of this can be found in DE 10 2010 050 531 AI.
  • WO 2012/100 766 A1 proposes establishing optical and thermal monitoring of the deposited layers in order to enable direct and continuous process monitoring of the generative production.
  • the deposited layer is in a top view is detected and the properties on the top are determined and evaluated for monitoring.
  • the monitoring proposed there does not allow complete abandonment of a component test after production of the component.
  • components manufactured in which the surface finish is important are still subjected to a roughness measurement to determine the surface roughness. This is usually done with a tactile measurement, which is time consuming and difficult for certain surfaces of the component to perform or impossible.
  • the invention proposes to detect the roughness of surfaces of the component to be manufactured by means of the detection of the contour of the individual deposited layers, so that a downstream measurement of the roughness on the surfaces of the component can be avoided.
  • This also has the advantage that the further deposition process can be adapted directly to the detected values in order to avoid reworking or impermissible roughness values.
  • roughness values of surfaces can be detected with the method according to the invention, which are no longer or only with difficulty accessible after completion of the component, such as surfaces of cavities.
  • a deposited layer which is also referred to as generated layer, detected by a high-resolution camera and the contour of the ask- determined different layer. From the contour of the deposited layer, the roughness of the transversely to the layer plane of the deposited layer extending surface of the manufactured component can be determined.
  • contour is to be understood as the boundary surface of the layer produced compared to the non-solidified powder of the layer order.
  • the contour thus represents a surface which, however, due to the limited thickness of the deposited layer in plan view, can be considered as a contour line.
  • the width of the contour or the contour line results from the distance between the boundary line of the generated layer at the top of the layer and at the bottom of the layer in plan view.
  • the method can be used in particular in selective laser beam melting or in selective electron beam melting, so that laser beams or electron beams can be used as high-energy beams.
  • the resolution of the high-resolution camera with which images of the deposited layers can be recorded in order to evaluate the images with regard to the contour of the layer produced can be a resolution in the range of the diameter or the maximum extent of the impact area of the high-energy beam on the powder or a fraction thereof, such as half or one third of the diameter or the maximum extent of the impingement.
  • the roughness of a surface of the generatively produced component can be determined from the comparison of the desired profile and the actual profile of the contour or the contour line and / or from the shadow cast of the contour and / or the width of the contour and / or the sharpness of the contour ,
  • Differences in thickness of the layer ie differences in the extent of the layer in the direction transverse to the layer plane in the region of the contour, which also allow conclusions to be drawn about the roughness of the surfaces produced, can be determined from the shadow cast of the contour.
  • a height profile of the generated layer in the region of the contour which can be obtained in another way from the image information, also for determining the Roughness are used.
  • the shadow gives hints on the orientation of the contour, so the running perpendicular to the layer plane boundary surface of the layer, which also causes the roughness of the surface.
  • the determination of the width of the contour line which represents the distance of the upper boundary line on the upper side of the layer and the lower boundary line on the underside of the layer in plan view, can also serve this purpose.
  • the sharpness of the contour line which is a measure of the exact determination of the boundary lines or the possible error of the determination of the position of the boundary lines of the generated layer, can also allow conclusions about the roughness of the surface.
  • the recorded values can also be subjected to further processing. For example, from the measured values of the profile of the contour line, an averaged contour line can be determined, which is used as the basis for determining the roughness.
  • the evaluation of the images of the deposited layers can be carried out automatically in an evaluation unit, which can be implemented, for example, by a computer-technically suitably equipped data processing system.
  • multiple shots can be taken with the high-resolution camera, in particular from different perspectives and / or with different illumination.
  • an evaluation unit can automatically provide the evaluation result to a control and / or regulating device, so that the control and / or regulating device can control or regulate the device with the evaluation result.
  • FIG 1 is a schematic representation of a device for the generative production of components using the example of selective laser melting with a camera for determining roughness
  • FIG. 2 is an illustration of a top view of the powder bed or the component receptacle of a device from FIG. 1 with a generated layer
  • FIG. 2 is an illustration of a top view of the powder bed or the component receptacle of a device from FIG. 1 with a generated layer
  • Fig. 3 is a partial sectional view through a generated layer in the region of the contour.
  • the device 1 shows in a purely schematic representation of a device 1, as they can be used for example for the selective laser melting for the generative production of a component.
  • the device 1 comprises a lifting table 2, on the platform of which a semi-finished product 3 is arranged, on which layer-by-layer material is deposited in order to produce a three-dimensional component.
  • a lifting table 9 in a powder supply 10
  • the slider 8 powder which is located above a lifting table 9 in a powder supply 10
  • the lifting table 2 is lowered according to the movement possibility indicated by the double arrow in order to be able to apply a new powder layer with the slide 8.
  • connection of the powder material in a powder layer 5 with the semifinished product 3 is effected by the laser 4 depending on the desired shape of the component to be manufactured, so that any three-dimensional shapes can be produced.
  • the laser beam 13 is guided over the powder bed 12 to melt by different impact points on the powder bed according to the desired shape of the three-dimensional component in the powder layer plane corresponding cutting plane of the component to be produced powder material and with the already generated part of a component or initially provided Substrate too connect.
  • the laser beam 13 can be guided by a suitable deflection unit over the surface of the powder bed 12 and / or the powder bed could be moved relative to the laser beam 13.
  • FIG. 2 shows a plan view of the powder bed 12 or the processing area of the device from FIG. 1, in which a generated layer 14 is shown.
  • the layer 14 produced is a ring with an outer contour 15 and an inner contour 16. This means that the component to be manufactured after completion will have a cavity bounded by the inner contour 16.
  • the outer contour 15 and the inner contour 16 with surfaces corresponding to the thickness of the produced layer 14 extending transversely to the layer plane surfaces of the finished component, so that the roughness of the surfaces through the course the corresponding contour, ie the outer contour 15 and the inner contour 16 is determined.
  • the contour 17 of the produced layer 14 thus, as shown in Fig. 3, represents a shape which delimits the area of the formed layer 14, both laterally in a direction parallel to the layer plane and between the top and the bottom of the produced one Layer. Accordingly, a contour line 20 can be defined, which represents the boundary line of the generated layer in a plan view.
  • the width 21 of the contour line results from the distance between the boundary lines 18, 19 of the layer produced at the top side and the bottom side of the layer produced in plan view.
  • the roughness of the surfaces is determined not only by the contour of the contour or the deviation of the contour from a desired contour in a direction parallel to the layer plane, but also by the orientation of the contour line formed boundary surface in the thickness direction and / or the layer thickness profile at the contour line.
  • an orientation of the boundary surface in the thickness direction which deviates from a vertical orientation of the boundary surface to the layer plane, lead to deviations from the desired shape of the component and thus to roughness of the component surface, if in the component produced, the component surface in this area perpendicular to the layer plane should run.
  • a camera 6 is provided in the device shown in FIG. 1, which allows detection of the generated layer 14 and thus the contour of the individual layers of a component.
  • an evaluation unit 22 for example in the form of a data processing system equipped in a suitable manner in a suitable manner, automatic detection and evaluation of the contour of a generated layer 14 can take place.
  • the thickness profile of the generated layer 14 on the contour line is used.
  • the evaluation unit 22 is connected to the control and / or regulation device 23 in order to be able to make available the evaluation result of the control and / or regulating device 23, so that the device is controlled for generative generation of a component as a function of the detected contour and / or roughness and / or can be regulated.
  • the camera 6 can be movable or several cameras (not shown) can be provided.
  • a lighting device 7 for illuminating the generated layer 14 may be provided when shooting with the camera 6, which may also be designed to be movable in order to allow different lighting settings.
  • several lighting devices can be provided.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl (13) zur Bildung einer Schicht, wobei eine gebildete Schicht (14) mit einer Kamera (6) erfasst wird, wobei eine Kontur der abgeschiedenen Schicht (14) aus einem mit der Kamera (6) erfassten Bild der abgeschiedenen Schicht ermittelt wird und wobei die Rauheit der Oberflächen des gebildeten Bauteils aus der Kontur ermittelt wird.

Description

KAMERABASIERTE RAUHEITSBESTIMMUNG FÜR GENERATIV HERGESTELLTE
BAUTEILE
HINTERGUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl, insbesondere ein Verfahren zum selektiven Laser - oder Elektronenstrahlschmelzen.
STAND DER TECHNIK
Generative Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Bauteils, wie beispielsweise selektives Laserschmelzen, selektives Elektronenstrahlschmelzen oder Laserauftragsschweißen, bei denen das Bauteil schichtweise unter Einsatz von Pulvermaterial aufgebaut wird, werden in der Indust- rie für das sogenannte rapid tooling, rapid prototyping oder auch für die Herstellung von Serienprodukten im Rahmen des rapid manufacturing eingesetzt. Insbesondere können derartige Verfahren auch zur Herstellung von Turbinenteilen, insbesondere von Teilen für Flugzeugtriebwerke eingesetzt werden, bei denen beispielsweise auf Grund des verwendeten Materials derartige generative Herstellungsverfahren vorteilhaft sind. Ein Beispiel hierfür findet sich in der DE 10 2010 050 531 AI .
Bei der generativen Herstellung von Bauteilen mit einem schichtweisen Aufbringen von Material ist es bekannt, den Abscheideprozess zu überwachen, um Abweichungen vom Soll - Zustand, also beispielsweise der gewünschten Form zu erfassen und Abhilfemaßnahmen ergreifen zu können, wie eine Abänderung der Prozessparameter. So wird in der WO 2012/100 766 AI vorge- schlagen, eine optische und thermische Überwachung der abgeschiedenen Schichten einzurichten, um eine direkte und kontinuierliche Prozessüberwachung der generativen Herstellung zu ermöglichen. Bei diesem bekannten Überwachungsverfahren wird die abgeschiedene Schicht in einer Draufsicht erfasst und die Eigenschaften an der Oberseite werden zur Überwachung bestimmt und ausgewertet. Allerdings ermöglicht die dort vorgeschlagene Überwachung keinen vollständigen Verzicht auf eine Bauteilprüfung nach Herstellung des Bauteils. Üblicherweise werden entsprechend hergestellte Bauteile, bei denen die Oberflächengüte von Bedeutung ist, noch einer Rauheitsmessung unterzogen, um die Oberflächenrauheit zu bestimmen. Dies wird üblicherweise mit einer taktilen Vermessung durchgeführt, was zeitaufwändig ist und für bestimmte Oberflächen des Bauteils schwierig durchzuführen oder unmöglich ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl bereitzustellen, bei dem das oben geschilderte Problem der zusätzlichen Bauteilprüfung zur Bestimmung der Oberflächengüte vermieden werden kann. Gleichwohl soll das Verfahren einfach und zuverlässig durchführbar sein, um die entsprechende generative Herstellung in industriellen Prozessen einsetzen zu können.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die Erfindung schlägt vor, die Rauheit von Oberflächen des zu fertigenden Bauteils mittels der Erfassung der Kontur der einzelnen abgeschiedenen Schichten zu erfassen, sodass eine nachgeschaltete Messung der Rauheit an den Oberflächen des Bauteils vermieden werden kann. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass unmittelbar mit den erfassten Werten der weitere Abscheide- prozess angepasst werden kann, um Nacharbeit oder unzulässige Rauheitswerte zu vermeiden. Außerdem können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Rauheitswerte von Oberflächen erfasst werden, die nach Fertigstellung des Bauteils nicht mehr oder nur schwer zugänglich sind, wie Oberflächen von Hohlräumen. Hierzu wird eine abgeschiedene Schicht, die auch als erzeugte Schicht bezeichnet wird, von einer hochauflösenden Kamera erfasst und die Kontur der abge- schiedenen Schicht bestimmt. Aus der Kontur der abgeschiedenen Schicht kann die Rauheit der quer zur Schichtebene der abgeschiedenen Schicht verlaufenden Oberfläche des hergestellten Bauteils bestimmt werden.
Unter Kontur ist die Begrenzungsfläche der erzeugten Schicht gegenüber dem nicht verfestigten Pulver des Schichtauftrags zu verstehen. Die Kontur stellt somit eine Fläche dar, die jedoch auf Grund der begrenzten Dicke der abgeschiedenen Schicht in der Draufsicht als Konturlinie betrachtet werden kann. Die Breite der Kontur bzw. der Konturlinie ergibt sich hierbei aus dem Abstand zwischen der Begrenzungslinie der erzeugten Schicht an der Oberseite der Schicht und an der Unterseite der Schicht in der Draufsicht. Das Verfahren kann insbesondere beim selektiven Laserstrahlschmelzen oder beim selektiven Elektronenstrahlschmelzen eingesetzt werden, sodass als hochenergetische Strahlen Laserstrahlen oder Elektronenstrahlen zum Einsatz kommen können.
Die Auflösung der hochauflösenden Kamera, mit welcher Bilder der abgeschiedenen Schichten aufgenommen werden können, um die Bilder hinsichtlich der Kontur der erzeugten Schicht ins- besondere in einer automatisierten Auswerteeinheit auszuwerten, kann eine Auflösung im Bereich des Durchmessers oder der maximalen Erstreckung des Auftreffbereichs des hochenergetischen Strahls auf dem Pulver oder eines Bruchteils davon, wie beispielsweise die Hälfte oder ein Drittel des Durchmessers oder der maximalen Erstreckung des Auftreffbereichs aufweisen.
Die Rauheit einer Oberfläche des generativ erzeugten Bauteils kann aus dem Vergleich des Soll - Verlaufs und des Ist - Veraufs der Kontur oder der Konturlinie und/oder aus dem Schattenwurf der Kontur und/oder der Breite der Kontur und/oder der Schärfe der Kontur ermittelt werden.
Der Vergleich des Soll - Verlaufs und des Ist - Verlaufs der Kontur ermöglicht eine direkte Bestimmung von Abweichungen quer zur Oberfläche und somit der Rauheit der Oberfläche.
Aus dem Schattenwurf der Kontur können Dickenunterschiede der Schicht, also Unterschiede hinsichtlich der Ausdehnung der Schicht in der Richtung quer zur Schichtebene im Bereich der Kontur ermittelt werden, die ebenfalls Rückschlüsse auf die Rauheit der erzeugten Oberflächen erlauben. Allerdings kann ein Höhenprofil der erzeugten Schicht im Bereich der Kontur, das auf andere Weise aus den Bildinformationen gewonnen werden kann, ebenfalls zur Bestimmung der Rauheit herangezogen werden. Außerdem gibt der Schattenwurf Hinweise auf die Ausrichtung der Kontur, also der quer zur Schichtebene verlaufenden Begrenzungsfläche der Schicht, die Ebenfalls die Rauheit der Oberfläche bedingt. Hierzu kann auch die Bestimmung der Breite der Konturlinie dienen, die den Abstand der oberen Begrenzungslinie an der Oberseite der Schicht und der unteren Begrenzungslinie an der Unterseite der Schicht in Draufsicht darstellt.
Die Schärfe der Konturlinie, die ein Maß für die exakte Bestimmung der Begrenzungslinien bzw. den möglichen Fehler der Bestimmung der Lage der Begrenzungslinien der erzeugten Schicht darstellt, kann ebenfalls Rückschlüsse auf die Rauheit der Oberfläche ermöglichen.
Zur Bestimmung der Rauheit können die erfassten Werte auch einer weiteren Aufbereitung un- terworfen werden. Beispielsweise kann aus den gemessenen Werten des Verlaufs der Konturlinie eine gemittelte Konturlinie bestimmt werden, die der Rauheitsbestimmung zu Grunde gelegt wird.
Die Auswertung der Aufnahmen der abgeschiedenen Schichten kann automatisiert in einer Auswerteeinheit erfolgen, die beispielsweise durch eine programmtechnisch geeignet eingerichtete Datenverarbeitungsanlage realisiert sein kann.
Zur Erfassung der Kontur der abgeschiedenen Schicht können mehrere Aufnahmen mit der hochauflösenden Kamera gemacht werden, insbesondere aus unterschiedlichen Perspektiven und/oder mit unterschiedlicher Beleuchtung.
Die durch die Erfassung der Kontur ermittelten Werte bzw. die daraus bestimmten Rauheitswerte können sowohl zur Dokumentation der Oberflächengüte des erzeugten Bauteils gespeichert werden als auch zur Beeinflussung der Parameter für den Abscheideprozess nachfolgender Schichten und/oder weiterer Bauteile eingesetzt werden, um die Oberflächengüte der erzeugten Bauteile zu optimieren. Entsprechend kann eine Auswerteeinheit das Auswerteergebnis automatisiert einer Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung bereitstellen, sodass die Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung mit dem Auswerteergebnis die Vorrichtung steuern bzw. regeln kann.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen am Beispiel des selektiven Laserschmelzens mit einer Kamera zur Rauheitsbestimmung,
Fig. 2 eine Darstellung einer Draufsicht auf das Pulverbett beziehungsweise die Bauteil- aufhahme einer Vorrichtung aus Fig. 1 mit einer erzeugten Schicht, und in
Fig. 3 eine teilweise Schnittdarstellung durch eine erzeugte Schicht im Bereich der Kontur.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nach- folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Die Figur 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung eine Vorrichtung 1 , wie sie beispielsweise für das selektive Laserschmelzen zur generativen Herstellung eines Bauteils Verwendung finden kann. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Hubtisch 2, auf dessen Plattform ein Halbzeug 3 angeordnet ist, auf dem schichtweise Material abgeschieden wird, um ein dreidimensionales Bauteil zu erzeugen. Hierzu wird mittels des Schiebers 8 Pulver, das sich oberhalb eines Hubtisches 9 in einem Pulvervorrat 10 befindet, schichtweise über das Halbzeug 3 geschoben und anschließend durch den Laserstrahl 13 eines Lasers 4 durch Aufschmelzen mit dem bereits vorhandenen Halbzeug 3 verbunden. Nach vollständiger Aufbringung einer Schicht 5 wird der Hubtisch 2 entsprechend der mit dem Doppelpfeil angedeuteten Bewegungsmöglichkeit abgesenkt, um mit dem Schieber 8 eine neue Pulverschicht aufbringen zu können.
Die Verbindung des Pulvermaterials in einer Pulverschicht 5 mit dem Halbzeug 3 erfolgt durch den Laser 4 abhängig von der gewünschten Form des zu fertigenden Bauteils, sodass beliebige, dreidimensionale Formen erzeugt werden können. Entsprechend wird der Laserstrahl 13 über das Pulverbett 12 gefuhrt, um durch unterschiedliche Auftreffpunkte auf dem Pulverbett entsprechend der gewünschten Form des dreidimensionalen Bauteils in der der Pulverschichtebene entsprechenden Schnittebene des zu erzeugenden Bauteils Pulvermaterial aufzuschmelzen und mit dem bereits erzeugten Teil eines Bauteils oder einem anfänglich bereit gestellten Substrat zu verbinden. Hierbei kann der Laserstrahl 13 durch eine geeignete Ablenkeinheit über die Oberfläche des Pulverbetts 12 geführt werden und/oder das Pulverbett könnte gegenüber dem Laserstrahl 13 bewegt werden.
In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das Pulverbett 12 bzw. den Bearbeitungsbereich der Vorrichtung aus Fig. 1 dargestellt, in der eine erzeugte Schicht 14 gezeigt ist. Die erzeugte Schicht 14 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Ring mit einer Außenkontur 15 und einer Innenkontur 16. Dies bedeutet, dass das zu fertigende Bauteil nach Fertigstellung einen von der Innenkontur 16 begrenzten Hohlraum aufweisen wird.
Da die erzeugte Schicht 14 in dem zu fertigenden Bauteil eine Schnittebene bildet, stellen die Außenkontur 15 und die Innenkontur 16 mit den entsprechend der Dicke der erzeugten Schicht 14 quer zur Schichtebene verlaufenden Begrenzungsflächen Oberflächen des fertigen Bauteils dar, sodass die Rauheit der Oberflächen durch den Verlauf der entsprechenden Kontur, d.h. der Außenkontur 15 bzw. der Innenkontur 16 bestimmt wird.
Die Kontur 17 der erzeugten Schicht 14 stellt somit, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Form dar, die den Bereich der erzeugten Schicht 14 begrenzt, und zwar sowohl seitlich in einer Richtung parallel zur Schichtebene als auch zwischen der Oberseite und der Unterseite der erzeugten Schicht. Entsprechend kann eine Konturlinie 20 definiert werden, die in einer Draufsicht die Begrenzungslinie der erzeugten Schicht darstellt. Die Breite 21 der Konturlinie ergibt sich durch den Abstand der Begrenzungslinien 18,19 der erzeugten Schicht an der Oberseite und der Unterseite der erzeugten Schicht in der Draufsicht.
Auf Grund der gegebenen Dicke einer erzeugten Schicht 14 wird dabei die Rauheit der Oberflächen nicht nur durch den Verlauf der Kontur bzw. die Abweichung der Kontur von einer Soll - Kontur in einer Richtung parallel zur Schichtebene bestimmt, sondern auch durch die Ausrichtung der an der Konturlinie ausgebildeten Begrenzungsfläche in Dickenrichtung und/oder den Schichtdickenverlauf an der Konturlinie. Beispielsweise kann eine Ausrichtung der Begrenzungsfläche in Dickenrichtung, die von einer senkrechten Ausrichtung der Begrenzungsfläche zur Schichtebene abweicht, zu Abweichungen von der Soll - Form des Bauteils und somit zu Rauheiten der Bauteiloberfläche fuhren, wenn in dem erzeugten Bauteil die Bauteiloberfläche in diesem Bereich senkrecht zur Schichtebene verlaufen sollen. Auch Unregelmäßigkeiten im Di- ckenverlauf der erzeugten Schicht an der Konturlinie können durch Auswirkungen auf die Ab- scheidung der nächsten Schicht Ursache für Rauheit der erzeugten Bauteiloberflächen sein, sodass die Kenntnis des Schichtdickenverlaufs an der Konturlinie Hinweise auf die Rauheit der dort erzeugten Bauteiloberfläche gibt. Entsprechend ist bei der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung eine Kamera 6 vorgesehen, die eine Erfassung der erzeugten Schicht 14 und damit der Kontur der einzelnen Schichten eines Bauteils ermöglicht. Durch eine Auswerteeinheit 22, z.B. in Form einer in einer geeigneten Weise programmtechnisch ausgestatteten Datenverarbeitungsanlage, kann eine automatische Erfassung und Auswertung der Kontur einer erzeugten Schicht 14 erfolgen. Bei der Erfassung und Auswertung der erfassten Kontur können die seitliche Abweichung der Ist - Kontur in einer
Richtung parallel zur Schichtebene, der Dickenverlauf der erzeugten Schicht 14 an der Konturlinie, die Breite der Konturlinie, die Schärfe der Konturlinie, der Schattenwurf an der Konturlinie etc. herangezogen werden.
Die Auswerteeinheit 22 ist mit der Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung 23 verbunden, um das Auswerteergebnis der Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung 23 zur Verfügung stellen zu können, sodass in Abhängigkeit der erfassten Kontur und/oder Rauheit die Vorrichtung zur generativen Erzeugung eines Bauteils gesteuert und/oder geregelt werden kann.
Um mehrere Aufnahmen der erzeugten Schicht 14 aus unterschiedlichen Perspektiven machen zu können, kann die Kamera 6 beweglich sein oder es können mehrere Kameras (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Außerdem kann eine Beleuchtungseinrichtung 7 zur Beleuchtung der erzeugten Schicht 14 bei der Aufnahme mit der Kamera 6 vorgesehen sein, die ebenfalls beweglich ausgestaltet sein kann, um unterschiedliche Beleuchtungseinstellungen zu ermöglichen. Darüber hinaus können auch mehrere Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sein.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Änderungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Vorrichtung zum selektiven Laserschmelzen
2 Hubtisch
3 Halbzeug
4 Laser
5 Schicht
6 Kamera
7 Beleuchtung
8 Schieber
9 Hubtisch
10 Pulvervorrat
11 Gehäuse
12 Pulverbett
13 Laserstrahl
14 erzeugte Schicht
15 Außenkontur
16 Innenkontur
17 Kontur
18 Begrenzungslinie an der Oberseite der Schicht
19 Begrenzungslinie an der Unterseite der Schicht
20 Konturlinie in der Draufsicht
21 Breite der Konturlinie

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl (13) zur Bildung einer Schicht, wobei eine gebildete Schicht (14) mit einer Kamera (6) erfasst wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Kontur der abgeschiedenen Schicht (14) aus einem mit der Kamera (6) erfassten Bild der abgeschiedenen Schicht ermittelt wird und dass die Rauheit einer Oberfläche des gebildeten Bauteils aus der Kontur ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine hochauflösende Kamera (6) verwendet wird, deren Auflösung die Auflösung eines einzelnen Auftreffbereichs des hochenergetischen Strahls (13) oder der Hälfte oder eines Drittels des Durchmessers oder einer maximalen Erstreckung eines Auftreffbereichs des hochenergetischen Strahls ermöglicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der hochenergetische Strahl (13) ein Laser - oder Elektronenstrahl ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rauheit mindestens einer Oberfläche des Bauteils aus dem Vergleich des Soll- Verlaufs und des Ist - Veraufs der Kontur und/oder aus dem Schattenwurf der Kontur und/oder der Breite der Kontur und/oder der Schärfe der Kontur ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Höhenprofil an der Kontur ermittelt wird und zur Bestimmung der Rauheit einer Oberfläche des Bauteils verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
aus der Kontur eine gemittelte Konturlinie bestimmt wird, die zur Bestimmung der Rauheit verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere Aufnahmen einer einzelnen abgeschiedenen Schicht (14) aus unterschiedlichen Perspektiven und/oder mit unterschiedlicher Beleuchtung mit der Kamera aufgenommen werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ermittelte Rauheit zur Regelung der Parameter zur Abscheidung nachfolgender Schichten und/oder zur Nachbesserung der überwachten Schicht verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ermittelte Rauheit zur Charakterisierung des Bauteils dokumentiert wird.
10. Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen, insbesondere nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, durch schichtweises Verbinden von Pulverpartikeln untereinander und/oder mit einem bereits erzeugten Halbzeug oder Substrat durch selektive Wechselwirkung der Pulverpartikel mit einem hochenergetischen Strahl (13) zur Bildung einer Schicht, wobei die Vorrichtung eine Aufnahme (2) zur Lagerung des zu erzeugenden Bauteils, eine Einrichtung zur schichtweisen Anordnung von Pulver , eine Einrichtung zur Erzeugung eines hochenergetischen Strahls (4) und mindestens eine Kamera (6) zur Aufnahme einer abgeschiedenen Schicht umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung weiterhin eine Auswerteeinheit umfasst, die ein von der Kamera (6) auf- genommenes Bild empfangen kann und eine Kontur der abgeschiedenen Schicht (14) aus dem mit der Kamera (6) erfassten Bild der abgeschiedenen Schicht ermittelt und/oder die Rauheit einer Oberfläche des gebildeten Bauteils aus der Kontur ermittelt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine oder mehrere Kameras beweglich angeordnet sind, so dass eine abgeschiedene Schicht (14) unter verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen werden kann.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kamera eine hochauflösende Kamera (6) ist, deren Auflösung die Auflösung eines einzelnen Auftreffbereichs des hochenergetischen Strahls (13) oder der Hälfte oder eines Drittels des Durchmessers oder einer maximalen Erstreckung eines Auftreffbereichs des hochenergetischen Strahls ermöglicht.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit das Auswerteergebnis einer Steuer - und/oder Regelungseinheit zur Steuerung und/oder Regelung der Vorrichtung bereitstellt.
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