EP3669243A1

EP3669243A1 - Verfahren und vorrichtung zum additiven herstellen wenigstens einer bauteilschicht eines bauteils und speichermedium

Info

Publication number: EP3669243A1
Application number: EP18748891.1A
Authority: EP
Inventors: Sebastian Edelhäuser; Martin Leuterer; Michael GÖTH; Bernd Biechele; Markus Frohnmaier; Gerd Cantzler; Johannes Casper
Original assignee: EOS GmbH; MTU Aero Engines AG
Current assignee: EOS GmbH
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-06-24
Also published as: CN111356962A; WO2019034394A1; US20200198010A1; DE102017118831A1; CN111356962B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum additiven Herstellen einer Bauteilschicht (10) eines Bauteils und umfasst zumindest die Schritte a) Erzeugen mindestens einer Schicht (12) aus einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff (48) im Bereich einer Aufbau- und Fügezone (42), b) Unterteilen von Modelldaten der Schicht (12) in virtuelle Teilbereiche mittels einer Steuereinrichtung (80), c) Auswählen wenigstens eines der virtuellen Teilbereiche mittels der Steuereinrichtung (80), d) Lokales Erwärmen zumindest eines Heizbereichs (102) in einem mit dem ausgewählten virtuellen Teilbereich korrespondierenden realen Teilbereich (14) der Schicht (12) mittels einer Heizvorrichtung (90), e) Prüfen, ob eine Temperatur der Schicht (12) zumindest in einem vorbestimmten Prüfbereich (104, 104') eine vorbestimmte Mindesttemperatur (Tmin) aufweist, und f) lokales Verfestigen der Schicht (12) zumindest in einem vorbestimmten Verfestigungsbereich (16) durch selektives Bestrahlen mittels wenigstens eines Energiestrahls (60) einer Energiequelle (58), wenn die Schicht (12) im Prüfbereich (104, 104') zumindest die vorbestimmte Mindesttemperatur (Tmin) aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (28) sowie ein Speichermedium mit einem Programmcode.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum additiven Herstellen wenigstens einer Bauteilschicht eines Bauteils und Speichermedium

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum additiven Herstellen wenigstens einer Bauteilschicht eines Bauteils sowie ein Speichermedium mit einem Programmcode zum Steuern einer solchen Vorrichtung. Bei so genannten additiven bzw. generativen Fertigung s verfahren (sog. Additive Manufacturing- bzw. Rapid Prototyping- Verfahren) wird ein Bauteilbereich bzw. ein vollständiges Bauteil, bei dem es sich beispielsweise um ein Bauteil einer Strömungsmaschine bzw. eines Flugtriebwerks handeln kann, schichtweise aufgebaut. Vorwiegend metallische Bauteile werden in der Regel durch Laser- bzw. Elektronenstrahlschmelz- oder -sinterverfahren hergestellt. Dabei wird zu- nächst schichtweise mindestens ein pulverförmiger Bauteilwerkstoff im Bereich einer Aufbau- und Fügezone aufgetragen, um eine Schicht zu bilden. Anschließend wird der Bauteilwerkstoff lokal verfestigt, indem dem Bauteilwerkstoff im Bereich der Aufbau- und Fügezone Energie mittels wenigstens eines Energiestrahls zugeführt wird, wodurch der Bauteilwerkstoff schmilzt bzw. sintert und eine Bauteilschicht bildet. Der Energiestrahl wird dabei in Abhängigkeit einer Schichtinformation der jeweils herzustellenden Bauteilschicht gesteuert. Die Schichtinformationen werden üblicherweise aus einem 3D-CAD-Körper des Bauteils erzeugt und in einzelne Bauteilschichten unterteilt. Nach dem Verfestigen des geschmolzenen Bauteilwerkstoffs wird die Bauteilplattform schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt. Danach werden die genannten Schritte bis zur endgültigen Fertigstellung des gewünschten Bauteilbereichs oder des gesamten Bauteils wiederholt. Der Bauteilbereich bzw. das Bauteil kann dabei grundsätzlich auf einer Bauteilplattform oder auf einem bereits erzeugten Teil des Bauteils oder Bauteilbereichs bzw. auf einer Stützstruktur hergestellt werden. Die Vorteile dieser additiven Fertigung liegen insbesondere in der Möglichkeit, sehr komplexe Bauteilgeometrien mit Hohlräumen, Hinterschnitten und dergleichen im Rahmen eines einzelnen Verfahrens herstellen zu können.

Zur Erhöhung der Bauteilqualität ist es bekannt, dass das Pulverbett mittels einer Heizvorrichtung erwärmt wird, um das Aufschmelzen oder Vers intern des Bauteilwerkstoffs zu erleichtern und um Spannungen im verfestigten Material zu reduzieren und unerwünschte Gefügefehler oder sonstige Defekte zu verhindern. Neben Methoden der globalen Erwärmung des Pulverbetts kann es unter Umständen effizienter sein, dass eine zu einem identischen Zeitpunkt beheizbare Fläche des Pulverbetts bzw. eines Bauteils nur einen kleinen Anteil eines Baufelds bzw. des Bauteils einnimmt. Der Heizbereich muss dann gegebenenfalls über das Baufeld bewegt werden, damit ein gesamter Bauteilquerschnitt bestrahlt werden kann. Gleichzeitig ist aber eine Scangeschwindigkeit des zum Verfestigen verwendeten Energiestrahls (Laser, Elektronenstrahl) üblicherweise relativ hoch. Zusätzlich kann ein Aktionsfeld des Energiestrahls auf dem Pulverbett Sprünge o- der große Distanzen zwischen einzelnen Verfestigungsbereichen umfassen, die in sehr kurzer Zeit zurückgelegt werden (z. B. bei Konturbelichtung, Island-Bestrahlungsstrategie etc.). Abhän- gig von der gewählten Heizvorrichtung kann ein Verlagern des Heizbereichs aus mechanischen und thermischen Gründen demgegenüber wesentlich langsamer erfolgen. Dies macht die additive Fertigung von Bauteilen ineffizient und erhöht die Wahrscheinlichkeit von verringerten Bauteilqualitäten. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche eine prozesssicherere additive Herstellung von Bauteilschichten eines Bauteils ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Speichermedium mit einem Programmcode anzugeben, welcher eine entsprechende Steuerung einer solchen Vorrichtung sicherstellt. Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 sowie durch ein Speichermedium gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfin- dungsaspekte anzusehen sind.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum additiven Herstellen wenigstens einer Bauteilschicht eines Bauteils. Eine prozesssicherere additive Herstellung von Bauteilschichten und damit eine Optimierung der Bauteilqualität wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zumindest die Schritte a) Erzeugen mindestens einer Schicht aus einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff im Bereich einer Aufbau- und Fügezone, b) Unterteilen von Modelldaten der Schicht in virtuelle Teilbereiche mittels einer Steuereinrichtung, c) Auswählen wenigstens eines der virtuellen Teilbereiche mittels der Steuereinrichtung, d) Lokales Erwärmen zumindest eines Heiz- bereichs in einem mit dem ausgewählten virtuellen Teilbereich korrespondierenden realen Teilbereich der Schicht mittels einer Heizvorrichtung, e) Prüfen, ob eine Temperatur der Schicht zumindest in einem vorbestimmten Prüfbereich eine vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist, und f) lokales Verfestigen der Schicht zumindest in einem vorbestimmten Verfestigungsbereich durch selektives Bestrahlen mittels wenigstens eines Energiestrahls einer Energiequelle, wenn die Schicht im Prüfbereich zumindest die vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist, durchgeführt werden.

Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass für eine hohe Prozesssicherheit nur diejeni- gen Bereiche der Schicht selektiv bestrahlt werden sollten, die vor und/oder während der Bestrahlung mindestens eine vordefinierte Mindest- oder Solltemperatur erreichen bzw. erreicht haben (freigegebener Prüfbereich oder Freigabebereich). Ein zu einem bestimmten Zeitpunkt mindestens auf die Mindest- oder Solltemperatur beheizter Heiz- bzw. Teilbereich der Schicht nimmt aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung aufgrund der lokal begrenzten Wirkung der Heiz- Vorrichtung nur einen relativ kleinen Anteil der Gesamtfläche der Aufbau- und Fügezone bzw. der herzustellenden Bauteilschicht ein.„Lokal" bezeichnet also einen bestimmten Bereich der Aufbau- und Fügezone mit einem Flächeninhalt, der geringer ist als ein Flächeninhalt der gesamten Aufbau- und Fügezone, insbesondere geringer als 50%. Mit anderen Worten ist die vorliegende Heizvorrichtung nicht dazu ausgebildet und/oder angesteuert, gleichzeitig eine gesamte Schicht bzw. die gesamte Arbeitsebene in der Aufbau- und Fügezone, die auch als Baufeld bezeichnet wird, auf die Mindesttemperatur zu erwärmen. Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Geschwindigkeiten von„Erwärmung" und„Bestrahlung" werden daher erfindungsgemäß Modelldaten, welche eine Repräsentanz der Schicht darstellen, zunächst in zwei oder mehr virtuelle Teilbereiche oder Segmente unterteilt. Dabei können die Modelldaten grundsätzlich einen zwei- und/oder dreidimensionalen Bereich der Schicht repräsentieren, d. h. lediglich eine Oberfläche der Schicht als Teil einer Arbeitsebene oder zusätzlich eine Tiefenerstreckung der Schicht. Anschließend wird wenigstens einer der virtuellen Teilbereiche ausgewählt und ein Heizbereich in mindestens einem realen Teilbereich erwärmt, wobei der wenigstens eine reale Teilbereich mit dem oder den ausgewählten virtuellen Teilbereichen korrespondiert. Der Begriff„korrespondie- ren" drückt grundsätzlich eine definierte Zuordnung aus und kann bedeuten, dass ein virtueller und ein realer Teilbereich einander hinsichtlich ihres Flächeninhalts und/oder ihres Volumens und/oder ihrer Gestalt und/oder ihrer Lage relativ zu einem Koordinatensystem der Aufbau- und Fügezone bzw. relativ zur herzustellenden Bauteilschicht entsprechen, wenn die Modelldaten ei- ne korrekte Repräsentanz des Physischen bilden. Unter„Erwärmung" wird dabei vorliegend das Aufheizen bzw. Temperieren eines Teils der Schicht bzw. bereits zuvor verfestigter Schichtbzw. Bauteilbereiche auf eine Temperatur oberhalb einer jeweils aktuellen Umgebungstemperatur in der Aufbau- und Fügezone, und unterhalb der Schmelz- oder Sintertemperatur des aktuell verwendeten Bauteilwerkstoffs vor einem Aufschmelzen des Bauteilwerkstoffs verstanden, während unter„Bestrahlung" oder„Belichtung" das Aufheizen des Bauteilwerkstoffs auf eine Temperatur oberhalb seiner jeweiligen Schmelz- oder Sintertemperatur mit Hilfe der Energiequelle bzw. einer Bestrahlungs Vorrichtung verstanden wird. Alternativ zu einem Erfassen bzw. Prüfen bzw. Auswerten von gemessenen, extrapolierten oder anderweitig bestimmten Temperaturen bzw. Temperaturwerten kann es auch ausreichen, dafür jeweils eine physikalisch die Temperatur repräsentierende Größe heranzuziehen. Die Schicht selbst kann pro Schichtauftrag grundsätzlich vollflächig oder nur selektiv auf die Aufbau- und Fügezone aufgebracht werden. Die Heizvorrichtung ist grundsätzlich nicht auf einen bestimmten Typ beschränkt und kann beispielsweise ein Laser- oder Elektronenstrahl sein, dessen Auftrefffläche auf dem Baufeld größer ist, als der des zur Verfestigung verwendeten Energiestrahls. Die virtuellen/realen Teilbereiche charakterisieren bzw. umfassen grundsätzlich zumindest für den aktuellen Baujob relevante Bereiche der jeweils obersten Schicht, können aber bedarfs weise auch unter Berücksichtigung einer Tiefenstreckung der Erwärmung bestimmt werden und beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr tieferliegende Schichten bzw. bereits teilweise oder vollständig verfestigte Bauteilbereiche umfassen. Die Modelldaten bzw. die daraus ermittelten virtuellen Teilbereiche und damit auch ihre korrespondierenden realen Teilbereiche können, aber müssen nicht zwangsweise geometrisch zusammenhängen bzw. können, aber müssen nicht zwingend die jeweils herzustellende Bauteilschicht enthalten, sondern können auch Bereiche der Schicht charakterisieren, die beispielsweise zu Stützstrukturen oder zu anderen Bauteilen gehören. Weiterhin kann jeder virtuelle Teilbereich grundsätzlich örtlich und/oder zeitlich vorbestimmt oder dynamisch ermittelt bzw. angepasst werden, beispielsweise unter Berücksichtigung aktueller Baudaten. Gleiches gilt für die Heiz-, Prüf- und Verfestigungsbereiche, welche grundsätzlich abhängig oder unabhängig voneinander ebenfalls in den Modelldaten vorbestimmt und/oder dynamisch ermittelt werden können. Im Folgenden wird unter dem Begriff„Teilbereich" sowohl ein virtueller als auch ein korrespondierender realer Teilbereich verstanden, sofern nicht spezifisch von einem virtuellen oder einem realen Teilbereich gesprochen wird. Aussagen zu virtuellen Teilbereichen beziehen sich dabei auf die zugrundeliegenden Modelldaten, während sich Aussagen zu realen Teilbereichen auf die unverfestigte oder teilweise oder vollständig verfestigte Schicht beziehen. Ein Teil- bereich kann dabei grundsätzlich einem definierten Verfestigungsbereich und/oder einer Quer- schnittsfläche eines Bauteils und/oder einer Teilfläche eines gesamten Baufelds entsprechen. Generell sind die (virtuellen/realen) Teilbereiche aber hinsichtlich ihrer Geometrie nicht beschränkt. Im Fall einer gegenüber der Erwärmung höheren Bestrahlungsgeschwindigkeit kann es vorgese- hen sein, dass die realen Teilbereiche, die gleichzeitig oder nacheinander die geforderte Mindesttemperatur erreichen oder überschreiten sollen, um ein Mehr- oder Vielfaches größer sind als eine Auftrefffläche des Energiestrahls in fokussiertem Zustand auf dem Bauteilwerkstoff, da ein Bestrahlungsvorgang ansonsten nur stark verlangsamt möglich ist oder jedes Mal unterbrochen werden muss, wenn ein freigegebener Prüfbereich verfestigt ist. Anschließend wird ein erster vir- tueller Teilbereich ausgewählt und die Temperierung des Heizbereichs im mit dem virtuellen Teilbereich korrespondierenden realen Teilbereich der Schicht gestartet. Das Bestrahlen des betreffenden realen Teilbereichs der Schicht wird also erst dann freigegeben, wenn der dem realen Teilbereich zugeordnete Prüfbereich die geforderte Mindesttemperatur erreicht hat. Dabei kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass der Teilbereich über die Mindesttemperatur erwärmt wird, um etwaige Wärmeleitungs- und Abkühlungseffekte zwischen den Schritten„Erwärmen" (Schritt d)) und„Verfestigen" (Schritt f)) besser zu berücksichtigen. Ebenso kann vorgesehen sein, dass für manche oder alle Heizbereiche gleiche oder unterschiedliche Maximaltemperaturen vorbestimmt sind oder werden, so dass eine zur Freigabe der Bestrahlung ausreichende Temperatur zwischen der Mindesttemperatur und der Maximaltemperatur liegen kann. Damit können globale und/oder lokale Temperaturbereiche (Temperaturkorridore/Temperaturbänder) definiert werden. Vorzugsweise wird eine Homogenität der Erwärmung innerhalb der jeweiligen Prüfbereiche und im Abgleich mehrerer zur Verfestigung freigegebener Prüfbereiche geprüft und durch einen Regelmechanismus gewährleistet. Das Prinzip der Prüfbereiche kann also erweitert werden. Ein Temperaturband, in dem eine Verfestigung erlaubt ist, kann ergänzt oder dynamisch an- gepasst werden durch ein engeres Temperaturband bzw. entsprechende Mindest- und Höchsttemperaturwerte, die einen Vorzugsbereich darstellen, um verbesserte Materialeigenschaften zu erzielen. Mit dem Kriterium„Temperatur" kann optional auch das Kriterium„Zeit" geprüft werden, das heißt, dass in Schritt e) geprüft wird, wie lange ein Prüfbereich zum tatsächlichen oder geplanten Zeitpunkt der Verfestigung bereits in einem Vorzugstemperaturbereich gehalten wird. Durch diese Interaktion bzw. Koordination der Schritte„Beheizen" und„Bestrahlen" ist es daher möglich, eine Bauteilschicht prozesssicher in möglichst kurzer Zeit und möglichst kontinuierlich zu verfestigen, wodurch eine entsprechend hohe Bauteilqualität erreicht wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Schritte a) bis f) ein- oder mehrmals wiederholt werden, vorzugsweise bis zur Fertigstellung eines Bauteilbereichs oder des gesamten Bauteils. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Reihenfolge von zwei oder mehr der Schritte a) bis f) variiert wird oder dass zwei oder mehr der Schritte a) bis f) gleichzeitig für unterschiedliche Teilbereiche ausgeführt werden. Weiterhin sind„ein/eine" im Rahmen dieser Offenbarung generell als unbestimmte Artikel zu lesen, also ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als„mindestens ein/mindestens eine". Umgekehrt können„ein/eine" auch als„nur ein/nur eine" verstanden werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Heizvorrichtung selektiv zu einem Zeitpunkt ein Teilvolumen eines Gesamtvolumens des pulverförmigen Bauteil- Werkstoffs in einem Baubehälter auf die vorbestimmte Mindesttemperatur erwärmt, wobei das Teilvolumen mindestens 0,01%, vorzugsweise mindestens 0,1%, besonders bevorzugt mindestens 1% und/oder höchstens 50%, vorzugsweise höchstens 30%, besonders bevorzugt höchstens 10% eines Flächeninhalts einer Arbeitsebene in der Aufbau- und Fügezone umfasst. Mit anderen Worten ist die Heizvorrichtung dazu ausgebildet, nur ein Teilvolumen von beispielsweise 0,01 %, 0,02 %, 0,03 %, 0,04 %, 0,05 %, 0,06 %, 0,07 %, 0,08 %, 0,09 %, 0,10 %, 0,2 %, 0,3 %, 0,4 %, 0,5 %, 0,6 %, 0,7 %, 0,8 %, 0,9 %, 1,0 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 %, 6 %, 7 %, 8 %, 9 %, 10 %, 11 %, 12 %, 13 %, 14 %, 15 %, 16 %, 17 %, 18 %, 19 %, 20 %, 21 %, 22 %, 23 %, 24 %, 25 %, 26 %, 27 %, 28 %, 29 %, 30 %, 31 %, 32 %, 33 %, 34 %, 35 %, 36 %, 37 %, 38 %, 39 %, 40 %, 41 %, 42 %, 43 %, 44 %, 45 %, 46 %, 47 %, 48 %, 49 % oder 50 % des Baufelds bzw. eines Flä- cheninhalts einer Arbeitsebene in der Aufbau- und Fügezone selektiv zu erwärmen. Selektives Erwärmen bedeutet im Unterschied zu einem globalen Erwärmen, dass der außerhalb des Teilvolumens liegende Teil des Gesamtvolumens nicht erwärmt wird oder zumindest unterhalb der vorbestimmten Mindesttemperatur bleibt. Das Gesamtvolumen des Baubehälters ist während eines schichtbasierten Herstellungsverfahrens veränderlich, da seine Tiefe („z-Richtung") abhängig von der Zahl bereits aufgetragener Schichten ist. Die Aufbau- und Fügezone kann dabei als Ausschnitt aus einer zweidimensionalen Arbeitsebene des Energiestrahls betrachtet werden, wobei die Aufbau- und Fügezone zumindest eine Oberfläche einer aufgetragenen und/oder teilweise oder vollständig verfestigten Schicht des pulverförmigen Bauteilwerkstoffs repräsentiert. Somit hat das erwärmte Teilvolumen zumindest Anteil an einer Oberfläche, d. h. an einer obersten auf- getragenen Schicht. Die Tiefenerstreckung des Teilvolumens ausgehend von der Oberfläche kann grundsätzlich beliebig definiert bzw. vorgegeben werden und ist typischerweise mindestens an- gepasst an eine Tiefenerstreckung eines Verfestigungsprozesses in einer z-Richtung senkrecht zur Aufbau- und Fügezone bzw. Arbeitsebene. Das Erwärmen des Teilvolumens auf die vorbe- stimmte Mindesttemperatur durch die Heizvorrichtung erfolgt generell nicht zwingend als direktes bzw. unmittelbares Erwärmen, sondern kann auch mittelbar durch eine Ausbreitung von Wärme von einem Ursprung in umliegende Bereiche nach den Prinzipien der Wärmeübertragung erfolgen. Vorzugsweise sind ein Wirkbereich der Heizvorrichtung und die Aufbau- und Fügezo- ne generell relativ zueinander bewegbar, damit zumindest in einem zeitlichen Verlauf bei Bedarf eine gesamte Schicht bzw. der gesamte Flächeninhalt einer Arbeitsebene in der Aufbau- und Fügezone auf die vorbestimmte Mindesttemperatur erwärmt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Modelldaten in zweidimensionale und/oder dreidimensionale virtuelle Teilbereiche unterteilt werden und/oder dass die Modelldaten die Arbeitsebene des Energiestrahls auf der Schicht charakterisieren. Beispielsweise können virtuelle Teilbereiche dadurch festgelegt werden, dass die Aufbau- und Fügezone bzw. dass die Schicht in identisch große bzw. regelmäßige Felder gerastert wird. Die virtuellen Teilbereiche können damit beispielsweise als Polygone wie z. B. Quadrate, Rechtecke oder Hexagone definiert sein. Es versteht sich, dass die korrespondierenden realen Teilbereiche grundsätzlich dreidimensional sind und beispielsweise zumindest die gleiche Höhe wie die oberste Schicht aufweisen, selbst wenn die virtuellen Teilbereiche lediglich zweidimensional definiert werden. Die Modelldaten müssen aber nicht zwingend die gesamte Fläche der Aufbau- und Fügezone charakterisieren, sondern können auch lediglich eine Arbeitsebene bzw. einen Bauteilquerschnitt, beispielsweise den zu verfestigenden Bereich der obersten Schicht, charakterisieren.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens zwei Bereiche aus der Gruppe realer Teilbereich, Heizbereich, Prüfbereich und Verfestigungsbe- reich zumindest im Wesentlichen identisch gewählt werden. Mit anderen Worten sind zwei, drei oder vier Bereiche aus der genannten Gruppe identisch oder zumindest zu 90 % oder mehr identisch, zumindest hinsichtlich ihrer zweidimensionalen Erstreckung in einer Draufsicht auf die Aufbau- und Fügezone bzw. das Baufeld. Beispielsweise können der reale Teilbereich und der Prüfbereich und/oder der reale Teilbereich und der Verfestigungsbereich identisch oder praktisch identisch sein. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass wenigstens ein Bereich aus der Gruppe realer Teilbereich, Heizbereich, Prüfbereich und Verfestigungsbereich eine Teilmenge und/oder eine Schnittmenge eines anderen Bereichs aus dieser Gruppe ist. Mit anderen Worten kann wenigstens einer der genannten Bereiche vollständig innerhalb eines anderen Bereichs lie- gen und eine Teilmenge des anderen Bereichs bilden. Beispielsweise kann der Heizbereich und/oder der Prüfbereich eine Teilmenge des realen Teilbereichs sein. Umgekehrt kann auch der Teilbereich eine Untermenge des Heizbereichs sein. Dies ist dann der Fall, wenn die erwärmte Fläche des Heizbereichs größer ist als die Fläche des entsprechenden Teilbereichs. Dies trägt dem Umstand der Rechnung, dass sich die Vorwärmung in Abhängigkeit der verwendeten Heizvorrichtung häufig nicht exakt auf eine Fläche bzw. Geometrie eines bestimmten Teilbereichs zuschneiden bzw. beschränken lässt. Darüber hinaus kann eine Erwärmung der Schicht generell auch indirekt erfolgen, beispielsweise über die Erwärmung eines benachbarten, darunterliegenden, bereits aufgeschmolzenen und/oder bereits verfestigten Bereichs, aus dem dann Wärme in die daneben- und/oder darüberliegende Schicht diffundiert. Ebenso kann wenigstens einer der genannten Bereiche teilweise außerhalb eines anderen Bereichs liegen und damit eine Schnittmenge mit dem anderen Bereich bilden. Beispielsweise kann der Heizbereich teilweise außerhalb des realen Teilbereichs liegen, so dass auch ein angrenzender weiterer Teilbereich miterwärmt wird. Weiterhin kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass wenigstens zwei prozessual aufeinanderfolgende Bereiche aus der Gruppe realer Teilbereich, Heizbereich, Prüfbereich und Verfestigungsbereich überlappen. Beispielsweise können prozessual bzw. zeitlich aufeinanderfolgende Prüfbereiche einander überlappen, so dass bestimmte Abschnitte mehrerer realer Teilbereiche mehrfach geprüft werden. Dies kann insbesondere bei vergleichsweise großflächigen Teilbereichen sinnvoll sein, um Wärmeleiteffekte besser zu kontrollieren.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein metallbasierter Bauteilwerkstoff verwendet wird, welcher zu mindestens 50 Vol.-%, das heißt beispielsweise zu 50 Vol.-%, 51 Vol.-%, 52 Vol.-%, 53 Vol.-%, 54 Vol.-%, 55 Vol.-%, 56 Vol.-%, 57 Vol.-%, 58 Vol.-%, 59 Vol.-%, 60 Vol.-%, 61 Vol.-%, 62 Vol.-%, 63 Vol.-%, 64 Vol.-%, 65 Vol.-%, 66 Vol.-%, 67 Vol.-%, 68 Vol.-%, 69 Vol.-%, 70 Vol.-%, 71 Vol.-%, 72 Vol.-%, 73 Vol.-%, 74 Vol.-%, 75 Vol.-%, 76 Vol.-%, 77 Vol.-%, 78 Vol.-%, 79 Vol.-%, 80 Vol.-%, 81 Vol.-%, 82 Vol.-%, 83 Vol.-%, 84 Vol.-%, 85 Vol.-%, 86 Vol.-%, 87 Vol.-%, 88 Vol.-%, 89 Vol.-%, 90 Vol.-%, 91 Vol.-%, 92 Vol.-%, 93 Vol.-%, 94 Vol.-%, 95 Vol.-%, 96 Vol.-%, 97 Vol.-%, 98 Vol.-%, 99 Vol.-% oder 100 Vol.-% aus einem Metall und/oder einer Metalllegierung und/oder dessen bzw. deren Ausscheidungen, insbesondere aus einem schwer schweißbaren Metall und/oder einer schwer schweißbaren Metalllegierung besteht. Beispielsweise kann der Bauteilwerkstoff zu mindestens 50 Vol.-% aus einer Nickel- oder Cobaltbasis-Superlegierung, aus einem Titanaluminid, aus einem Metal-Matrix-Composite, aus einem metallischen Glas oder der- gleichen bestehen. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass ein pulverförmiger Bauteilwerkstoff verwendet wird, welcher eines oder mehrere aus der Gruppe Partikel, Whisker und Fasern enthält. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Heizbereich auf eine Mindesttemperatur von 400 °C oder mehr und/oder auf eine Höchsttemperatur von 3500 °C oder weniger erwärmt wird und/oder die Mindesttemperatur mindestens 50 % der Schmelztemperatur in °C eines aktuell verwendeten Bauteilwerkstoffs beträgt. Unter einer Mindesttemperatur von mindestens 400 °C werden beispielsweise Mindesttemperaturen von 400°C, 450°C, 500°C, 550°C, 600°C, 650°C, 700°C, 750°C, 800°C, 850°C, 900°C, 950°C, 1000°C, 1050°C, 1100°C, 1150°C, 1200°C, 1250°C, 1300°C, 1350°C, 1400°C, 1450°C, 1500°C, 1550°C, 1600°C, 1650°C, 1700°C, 1750°C, 1800°C, 1850°C, 1900°C, 1950°C, 2000°C, 2050°C, 2100°C, 2150°C, 2200°C, 2250°C, 2300°C, 2350°C, 2400°C, 2450°C, 2500°C, 2550°C, 2600°C, 2650°C, 2700°C, 2750°C, 2800°C, 2850°C, 2900°C, 2950°C, 3000°C, 3050°C, 3100°C, 3150°C, 3200°C, 3250°C, 3300°C, 3350°C, 3400°C, 3450°C, 3500°C oder mehr verstanden, wobei entsprechende Zwischenwerte wie etwa 700 °C, 701 °C, 702 °C, 703 °C, 704 °C, 705 °C, 706 °C, 707 °C, 708 °C, 709 °C, 710 °C, 711 °C, 712 °C, 713 °C, 714 °C, 715 °C, 716 °C, 717 °C, 718 °C, 719 °C, 720 °C etc. als mitoffenbart anzusehen sind. Unter einer Höchsttemperatur von 3500 °C sind insbesondere Temperaturen von 3500°C, 3450°C, 3400°C, 3350°C, 3300°C, 3250°C, 3200°C, 3150°C, 3100°C, 3050°C, 3000°C, 2950°C, 2900°C, 2850°C, 2800°C, 2750°C, 2700°C, 2650°C, 2600°C, 2550°C, 2500°C, 2450°C, 2400°C, 2350°C, 2300°C, 2250°C, 2200°C, 2150°C, 2100°C, 2050°C, 2000°C, 1950°C, 1900°C, 1850°C, 1800°C, 1750°C, 1700°C, 1650°C, 1600°C, 1550°C, 1500°C, 1450°C, 1400°C, 1350°C, 1300°C, 1250°C, 1200°C, 1150°C, 1100°C, 1050°C, 1000°C, 950°C, 900°C, 850°C, 800°C, 750°C, 700°C, 650°C, 600°C, 550°C, 500°C, 450°C, 400°C oder weniger zu verstehen, wobei auch hier entsprechende Zwischenwerte ebenfalls als mitoffenbart anzusehen sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Mindesttemperatur mindestens 50 % der in °C gemessenen Schmelztemperatur eines aktuell verwendeten Bauteilwerkstoffs betragen. Liegt die Schmelztemperatur beispielsweise bei 1000 °C kann die Mindesttemperatur 500 °C oder mehr betragen. Eine Höchsttemperatur liegt generell natürlich immer oberhalb einer Mindesttemperatur. Genaue Werte für die Temperatur(en) eines Heizbereichs können beispielsweise bei einem metallbasierten Bauteilwerkstoff auch abhängig von bestimmten Phasenübergangstemperaturschwellen gewählt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest die Schritte c) bis f) für zwei oder mehr Teilbereiche, insbesondere für alle zu verfestigenden Teilbereiche der Schicht durchgeführt werden. Hierdurch kann für einen überwiegenden Teil oder für die gesamte herzustellende Bauteilschicht sichergestellt werden, dass eine Bestrahlung erst dann stattfindet, wenn der pulverförmige Bauteilwerkstoff im zu bestrahlenden Bereich die geforderte Mindesttemperatur aufweist, wodurch eine entsprechend hohe Bauteilqualität erreicht wird. Die Herstellung der Bauteilschicht kann hierzu beispielsweise sequenziell bzw. abgestuft bzw. sukzessive erfolgen, so dass zunächst ein erster zu verfestigender Heiz- bzw. Teilbereich des Pul- verbetts beheizt und nach Erreichen der Mindesttemperatur bestrahlt wird. Nach dem Bestrahlen des ersten Teilbereichs wird dann die Heizvorrichtung bzw. ihr Heizbereich zu einem nachfolgenden Teilbereich verlagert und der nachfolgende Teilbereich nach Erreichen der Mindesttemperatur bestrahlt usw. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass nacheinander jeder zu verfestigende Teilbereich zunächst direkt oder indirekt erwärmt und nach Erreichen der Mindest- temperatur verfestigt wird, wonach die Heizvorrichtung den zeitlich bzw. prozessual nachfolgenden Teilbereich erwärmt usw.

Weitere Vorteile ergeben sich, indem zeitlich aufeinander folgende Teilbereiche mittels der Steuereinrichtung derart ausgewählt werden, dass die Teilbereiche räumlich aneinander angren- zen oder räumlich voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass zeitlich bzw. prozessual nacheinander zu erwärmende und zu bestrahlende Teilbereiche derart ausgewählt werden, dass sie räumlich aneinander angrenzen, wodurch eine kontinuierliche oder zumindest quasi-kontinuierliche Streifenbestrahlung über einen größeren zusammenhängenden Bereich oder vorzugsweise über den gesamten zu bestrahlenden Bereich der Schicht möglich ist. Die entsprechenden virtuellen Teilbereiche müssen dabei nicht zwingend dreidimensional ausgebildet sein, sondern können auch lediglich als zweidimensionale Flächen vorliegen, die sich in einem Punkt oder entlang einer Linie berühren. Bei mehreren aneinander angrenzenden Teilbereichen kann beispielsweise die jeweils unterschiedliche Größe einer gemeinsamen Grenzfläche bzw. die jeweilige Länge einer gemeinsamen Grenzlinie das Kriterium für eine Bestimmung der Reihenfolge sein. So kann zum Beispiel derjenige Teilbereich mit der längsten gemeinsamen Grenzlinie (x-/y-Ebene) zu einem vorhergehenden Teilbereich als erster nachfolgender Teilbereich bestimmt werden. Alternativ können zeitlich bzw. prozessual nacheinander zu erwärmende und zu bestrahlende Teilbereiche derart ausgewählt werden, dass sie räumlich nicht zusammen- hängen, sondern voneinander beabstandet sind. Hierdurch kann eine ausreichende Vorerwärmung auch für unzusammenhängende Bereiche der Schicht sichergestellt werden, so dass auch Bauteilschichten mit Lücken oder Baujobs, bei denen mehrere Bauteile gleichzeitig gefertigt werden sollen etc. besonders sicher und qualitativ hochwertig prozessiert werden können. Die Definition bzw. Ermittlung von Mindest- und/oder Höchstabständen zwischen einzelnen virtuellen und damit realen Teilbereichen kann beispielsweise in Abhängigkeit einer Bauteilgeometrie, einer Verteilung von mehreren innerhalb eines Baujobs herzustellenden Bauteilen in der Aufbau- und Fügezone, in Querschnitten in einem Bauvolumen einer Herstellvorrichtung und dergleichen erfolgen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens einer der Schritte c) bis e) während Schritt f) für wenigstens einen weiteren Teilbereich durchgeführt wird. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass während des lokalen Verfestigens eines Teilbereichs bereits damit begonnen wird, einen nachfolgend zu bearbeitenden Teilbereich auszuwäh- len und gegebenenfalls bereits den entsprechenden Heizbereich zu erwärmen. Hierdurch kann das Herstellungsverfahren weiter beschleunigt werden, da der Energiestrahl nach dem Verfestigen eines Teilbereichs mit geringer Verzögerung oder sogar verzögerungsfrei mit dem Verfestigen des nachfolgenden und idealerweise bereits korrekt temperierten Teilbereichs fortfahren kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schicht im Heizbereich des weiteren Teilbereichs derart erwärmt wird, dass der Heizbereich des weiteren Teilbereichs zumindest die vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist, sobald die Bestrahlung des vorhergehenden Teilbereichs abgeschlossen ist. Damit wird ein kontinuierliches oder zumin- dest überwiegend kontinuierliches Verfestigen bzw. Abtasten des Bauteilwerkstoffs durch den Energiestrahl (z. B. entlang eines Streifens) ermöglicht, da die Schritte„Erwärmen" und„Bestrahlen" zeitlich so koordiniert werden, dass möglichst geringe und vorzugsweise keine Bestrahlungspausen zwischen zeitlich aufeinander folgenden Teilbereichen auftreten. Unter einer Bestrahlungspause wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insbesondere ein Zeitraum ver- standen, in dem die Schicht nicht lokal bestrahlt bzw. verfestigt wird bzw. der Energiestrahl deaktiviert wird, weil z. B. zunächst die Heizvorrichtung zu einer Zielposition verfahren muss, um dort einen (weiteren) Teilbereich zu beheizen, oder weil z. B. während des Beheizens eines Teilbereichs eine gewünschte Mindesttemperatur noch nicht erreicht wurde. Nicht unter den Begriff „Bestrahlungspause" fallen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung dagegen etwaige kurze Bestrahlungspausen, die z. B. bei dem typischen Bestrahlungsmuster des Hatchens zwischen dem Abtasten bzw. Scannen einzelner im Wesentlichen zueinander paralleler Linien eingelegt werden, wenn eine Strahl-Umlenkeinheit einen Umkehrvorgang vollzieht, ohne dass dabei der Strahl aktiviert ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Schritt f) erst dann zum ersten Mal für die Schicht durchgeführt wird, wenn wenigstens eine vorbestimmte Mindestanzahl von Teilbereichen ausgewählt und die zugeordneten Heizbereiche auf ihre jeweils vorbestimmte Mindesttemperatur erwärmt wurden. Auf diese Weise kann ein Puffer bzw. ein

Mindestvorlauf an Heizbereichen bzw. vorgewärmten Teilbereichen erzeugt werden, so dass eine Bestrahlung nicht nach Freigabe eines Teilbereichs oder Segments beendet werden muss, sondern verzögerungsfrei in einem nächsten freigegebenen Teilbereich fortgesetzt werden kann („Rollierende Freigabe"). Vorzugsweise wird die Mindestanzahl derart festgelegt, dass ein mög- liehst unterbrechungsarmes oder unterbrechungsfreies Verfestigen der gesamten Bauteilschicht möglich ist, das heißt, dass der Puffer an vorgewärmten Teilbereichen nicht vor Beendigung des Verfestigens aufgebraucht wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Mindestvorlauf an Heizbereichen in Ab- hängigkeit der aktuellen Position des Energiestrahls auf der Schicht ausgewählt. Hierdurch kann ein jeweils optimaler Mindestvorlauf für die Erwärmung der jeweiligen Heizbereiche bzw. der vorzuwärmenden Teilbereiche dynamisch und situationsangepasst ermittelt bzw. bestimmt werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Mindestnachlauf an Heizbereichen in Abhängigkeit der aktuellen Position des Energiestrahls auf der Schicht eingestellt. Hierdurch kann ein Mindestnachlauf an Heizbereichen bzw. erwärmten Teilbereichen dynamisch und situationsangepasst ermittelt bzw. bestimmt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein weiterer Teilbereich mittels der Steuereinrichtung ausgewählt und ein dem Teilbereich zugeordneter Heizbereich mittels der Heizvorrichtung erwärmt wird, wenn eine vorbestimmte Höchstanzahl an verfestigten und/oder auf ihre jeweils vorbestimmte Mindesttemperatur erwärmten Teil- bereichen erreicht oder überschritten wurde. Dies ermöglicht die Definition einer Höchstanzahl bestrahlter bzw. freigegebener Teilbereiche oder Segmente, bevor der Heizbereich der Heizvorrichtung verlagert wird. Hierdurch kann ebenfalls ein Puffer geschaffen werden, so dass der Heizbereich der Heizvorrichtung so rechtzeitig verlagert wird, dass immer eine ausreichende An- zahl freigegebener (d. h. ausreichend beheizter) Teilbereiche bzw. Segmente zur Verfügung steht.

Es kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass ein Verhältnis von„MindestanzahhHöchstanzahl" bzw.„Mindestvorlauf: Mindestnachlauf ' zwischen 10: 1 und 1: 10 eingestellt wird, also bei- spielsweise 10: 1, 9: 1, 8: 1, 7: 1, 6: 1, 5: 1, 4: 1, 3: 1, 2: 1, 1: 1 oder 1: 10, 1:9, 1:8, 1:7, 1:6, 1:5, 1:4, 1:3, 1:2 oder 1: 1. Alternativ zu einer örtlichen Definition des Verhältnisses von Mindestvorlauf zu Mindestnachlauf über Teilbereiche bzw. Heizbereiche kann analog auch eine zeitliche Definition mit dem genannten Spektrum gewählt werden. Ist etwa eine Gesamtverweildauer einer Stelle der Aufbau- und Fügezone in einem Wirkbereich einer fortbewegten Heizvorrichtung, der ein Erwärmen auf die vorbestimmte Mindesttemperatur erlaubt, eine Zeitdauer x, so beträgt beispielsweise bei einem gewählten zeitlichen Verhältnis von 2:3 (Mindestvorlauf:Mindestnachlauf) die Zeitdauer des Mindestvorlaufs zwei Fünftel der Differenz von x und jener Zeit, die für die Verfestigung des Verfestigungsbereichs benötigt wird. Ein im konkreten Anwendungsfall besonders günstiges Verhältnis von„MindestanzahhHöchstanzahl" bzw.„Mindestvor- lauf:Mindestnachlauf ' kann in Testverfahren oder in einer Simulation ermittelt werden, z. B. in Abhängigkeit spezifischer Anforderungen an die Verarbeitung eines gewählten Bauteilwerkstoffs. Ein derart ermitteltes Verhältnis kann dazu dienen, die Mikrostruktur eines Bauteils gezielt zu beeinflussen bzw. seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung wenigstens einen Parameter aus der Gruppe Materialcharakteristik des Bauteilwerkstoffs, Aufnahmefrequenz einer Thermographieeinrichtung zur Temperaturermittlung von Prüfbereichen, Anzahl der Teilbereiche, Geometrie der Teilbereiche, Flächeninhalt der Teilbereiche, Länge der Teilbereiche, Breite der Teilbereiche, Abstand benachbarter Teilbereiche, Bestrah- lungstyp bzw. -muster der Teilbereiche, Bestrahlungsdauer der Teilbereiche, Bearbeitungsreihenfolge der Teilbereiche, Mindesttemperatur der Teilbereiche, Ist- Temperatur der Teilbereiche, Bewegungspfad der Heizvorrichtung über die Schicht, Bewegungspfad des Energiestrahls über die Schicht, durch die Heizvorrichtung erwärmbare Fläche der Schicht, Auftreffort des Energie- Strahls auf der Schicht, Fläche des Energiestrahls auf der Schicht und Bestrahlungsgeschwindigkeit des Energiestrahls, vorbestimmt und/oder während des Verfahrens ermittelt und/oder an- passt. Indem die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, einen oder mehrere der genannten Schritte durchzuführen, ist eine optimale Steuerung bzw. Regelung des Herstellungsverfahrens ermöglicht.

Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Steuereinrichtung die Heizvorrichtung und die Energiequelle in Abhängigkeit voneinander steuert und/oder regelt. Diese Ausgestaltung der Steuereinrichtung ermöglicht ein möglichst unterbrechungsarmes oder unterbrechungsfreies Beheizen und Bestrahlen des Pulverbetts, da eine Koppelung der Bewegung des Heizflecks der Heizvorrichtung bzw. des Heizbereichs an eine Richtung bzw. Geschwindigkeit eines Bestrahlungsfortschritts des Energiestrahls und/oder an einen Energieeintrag in den Heizbereich stattfinden kann. Auf diese Weise werden möglichst effiziente Laufwege bzw. Bewegungspfade der Heizvorrichtung im Hinblick auf die Gesamtfläche der zu bestrahlenden Bauteilschicht und der jeweiligen Belichtungsstrategie für die einzelnen Teilbereiche erzielt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuereinrichtung die Heizvorrichtung derart steuert und/oder regelt, dass der Energiestrahl mit konstanter oder variierender Vorschubgeschwindigkeit unterbrechungsfrei oder zumindest überwiegend un- terbrechungsfrei über alle zu verfestigenden Teilbereiche der Schicht bewegt werden kann. Mit anderen Worten erfolgt die Steuerung und/oder Regelung der Heizvorrichtung und der Energiequelle derart, dass der Energiestrahl möglichst selten und vorzugsweise nie„absetzt" bzw. unterbrochen oder abgeschaltet werden muss, sondern mit einer möglichst konstanten Vorschubgeschwindigkeit über die gesamte zu verfestigende Fläche der Schicht geführt werden kann. Hier- durch kann eine besonders hohe Bauteilqualität sichergestellt werden, da es zu keinen Stoßbereichen zwischen angrenzenden Teilbereichen aufgrund des„Absetzens" des Energiestrahls kommt. Solche Unterbrechungen entstehen in erster Linie dadurch, dass der Heizbereich über eine Strecke verlagert wird, die länger ist als es die Erstreckung eines Wirkbereichs zulässt, der das Erreichen der Mindesttemperatur ermöglicht. Es sollen also Zahl und Distanz von„großen" Sprüngen zwischen definierten Belichtungsfeldern reduziert werden. Nicht als Absetzen oder Unterbrechen im Sinne der vorliegenden Offenbarung wird daher insbesondere die sogenannte Hatchumkehr an jedem Hatchende verstanden, die üblicherweise mit ausgeschaltetem Energiestrahl erfolgt, aber nicht zu einer nennenswerten bzw. unzulässigen Abkühlung des Pulverbetts im betreffenden Ver- festigungsbereich führt. Dementsprechend ist ein Absetzen oder Unterbrechen im Sinne der vorliegenden Offenbarung in der Regel mit einer unzulässigen Temperaturänderung des Pulverbetts verbunden, wodurch eine zuverlässige und prozesssichere Verfestigung noch nicht oder nicht mehr möglich ist. Vorzugsweise bedeutet„überwiegend unterbrechungsfrei" im Rahmen der vor- liegenden Offenbarung, dass die Bestrahlungsdauer im Mittel mindestens 50 %, also beispielsweise 50 %, 51 %, 52 %, 53 %, 54 %, 55 %, 56 %, 57 %, 58 %, 59 %, 60 %, 61 %, 62 %, 63 %, 64 %, 65 %, 66 %, 67 %, 68 %, 69 %, 70 %, 71 %, 72 %, 73 %, 74 %, 75 %, 76 %, 77 %, 78 %, 79 %, 80 %, 81 %, 82 %, 83 %, 84 %, 85 %, 86 %, 87 %, 88 %, 89 % oder 90 % der Schichtbearbeitungsdauer gemessen vom Start- bis zum Endzeitpunkt der Bestrahlung einer Schicht bzw. mindestens eines Querschnitts beträgt. Unter„unterbrechungsfrei" sind vorzugsweise Bestrahlungsdauern von mindestens 91 %, also von 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 %, 99 % oder 100 % der Schichtbearbeitungsdauer zu verstehen.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass der Verfestigungsbereich während und/oder nach Schritt f) mittels der Heizvorrichtung erwärmt wird. Hierdurch ist es bedarfsweise möglich, die Temperatur der Schicht während des Verfestigens zumindest auf der gewünschten Mindesttemperatur zu halten bzw. auf eine von der Mindesttemperatur abweichende Temperatur zu bringen.

Ebenso kann es vorgesehen sein, dass das Erwärmen des Verfestigungsbereichs mittels der Heiz- Vorrichtung vor, während oder nach Schritt f) abgebrochen oder gegenüber einer Erwärmung in Schritt d) reduziert wird. Hierdurch kann die Heizvorrichtung vor, während oder nach dem Verfestigen des Verfestigungsbereichs zu einem zeitlich bzw. prozessual anschließend zu erwärmenden Heizbereich bewegt werden, wodurch entsprechende Zeitgewinne realisiert werden können. Nach der„Freigabe" eines korrekt temperierten oder bereits verfestigten Verfestigungsbe- reichs bzw. Segments kann der Heizbereich um eine erforderliche Distanz verlagert werden, so dass mindestens ein weiterer Heizbereich in einer Distanz bzw. Orientierung zur Heizvorrichtung steht, die ein Aufheizen auf den Mindest- bzw. Solltemperaturwert erlaubt/erlauben. Auch infolge des vergleichsweise hohen lokalen Energieeintrags des Energiestrahls beim Verfestigen kann es vorgesehen sein, dass der Energieeintrag durch die Heizvorrichtung während des Verfestigens (d. h. während Schritt f)) auf ein Niveau unterhalb eines Energieeintrags während Schritt d) eingestellt wird, damit es bei dem örtlich und zeitlich kumulierten Energieeintrag aus zwei unterschiedlichen Energiequellen (Heizvorrichtung und Energiestrahl) nicht zu einer Überhitzung des Bauteilwerkstoffs und damit zu einem unzulässigen Überschreiten sowohl einer Mindest- als auch einer Höchsttemperatur kommt. Mit anderen Worten wird die Schicht im Verfestigungsbereich in einer Ausgestaltung der Erfindung während des Verfestigens weniger stark mittels der Heizvorrichtung geheizt als vor und/oder nach dem Verfestigen, was ohne den zusätzlichen Energieeintrag durch den Energiestrahl zu einer niedrigeren Temperatur führen würde, aufgrund der Addition beider Energieeinträge aber insgesamt zu einer Temperatur führt, welche zumindest ein Aufschmelzen bzw. Sintern des Bauteilwerkstoffs erlaubt.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass eine Mindesttemperatur und/oder eine Höchsttemperatur und/oder ein vorbestimmter Temperaturverlauf des Teilbereichs in Abhängigkeit einer Flä- che und/oder einer Geometrie des Verfestigungsbereichs, das heißt des zu verfestigenden oder verfestigten Bauteilquerschnitts bzw. Abschnitts oder Teilbereichs des Bauteilquerschnitts, vorgegeben und/oder bestimmt werden/wird. Hierdurch kann eine Art„Temperaturkorridor" statisch vorgegeben und/oder dynamisch bestimmt werden, so dass in Abhängigkeit der Temperatur des Prüfbereichs, die zumindest in einem Abschnitt eines Teilbereichs gemessen wird, bzw. in Ab- hängigkeit einer physikalisch die Temperatur im Prüfbereich repräsentierenden Größe ein Energieeintrag durch die Heizvorrichtung und/oder durch den Energiestrahl, d. h. z. B. deren Leistungen und Bewegungsgeschwindigkeiten, gesteuert bzw. geregelt wird bzw. werden. Hierdurch kann der Temperaturverlauf auch zeitkorreliert werden. Beispielsweise kann für filigrane Querschnitte ein niedriger liegendes Temperaturband gewählt werden als für Querschnitte, die groß- flächig ununterbrochen gestaltet sind. Dies erlaubt eine besonders prozesssichere Verfestigung von Bauteilen unterschiedlicher Gestalt.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn eine vorbestimmte Mindesttemperatur und/oder eine vorbestimmte Höchsttemperatur bzw. ein vorbestimmter Temperaturverlauf für eine Anzahl von Prüf- bereichen und/oder Verfestigungsbereichen jeweils in Abhängigkeit einer Fläche und/oder einer Geometrie und/oder einer angestrebten Mikrostruktur eines zu verfestigenden oder verfestigten Bauteilquerschnitts bzw. Abschnitts des Bauteilquerschnitts gewählt wird bzw. werden, wobei die Mindesttemperatur und/oder die Höchsttemperatur und/oder der Temperaturverlauf vorzugsweise separat für jeden Prüfbereich und/oder Verfestigungsbereich festgelegt wird bzw. werden. Durch eine entsprechende Steuerung bzw. Regelung der Heizvorrichtung kann ein vorbestimmter Temperaturverlauf mit entsprechenden Solltemperaturen erzeugt werden, wobei die Anzahl von Prüfbereichen und/oder Verfestigungsbereichen grundsätzlich 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder mehr sein kann. Auf diese Weise kann gezielt eine gewünschte Mikro struktur und damit eine optimale Gefügequalität und/oder Kristallgitterstruktur erzeugt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Heizbereich mittels der Heizvorrichtung mit einer abweichenden Heizrate erwärmt wird, wenn die Temperatur der Schicht im vorbestimmten Prüfbereich nicht die vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist. Hierdurch kann eine vorteilhafte Regelung der zeitlichen Temperaturänderung der Schicht realisiert werden. Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Steuereinrichtung die Heizvorrichtung derart steuert und/oder regelt, dass ein bereits lokal verfestigter Teilbereich mindestens eine vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist und/oder höchstens eine vorbestimmte Höchsttemperatur aufweist. Dies erlaubt ein kontrolliertes Erwärmen nach einem Verfestigen zur Reduzierung einer Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Heißrissen sowie eine verbesserte statische oder dy- namische Steuerung bzw. Regelung der Heiz Vorrichtung, wodurch entsprechend hohe Bauteilqualitäten realisierbar sind. Vorzugsweise wird vor, während und/oder nach Schritt f) eine vorbestimmte Höchsttemperatur innerhalb des Teilbereichs nicht überschritten. Es ist auch möglich, gegebenenfalls nach dem Verfestigen eine Wärmebehandlung oder ein bevorzugt kontrolliertes Abkühlen des verfestigten Teilbereichs sicherzustellen, um eine besonders hohe Gefügequalität zu erreichen. Falls die Temperatur im verfestigten Teilbereich nicht oder nicht direkt gemessen werden kann, kann anstelle der Temperatur auch eine Temperaturprognose verwendet werden. Vorzugsweise beträgt eine maximale Differenz zwischen der Mindest- und der Höchsttemperatur höchstens 300 K, also beispielsweise 300 K, 290 K, 280 K, 270 K, 260 K, 250 K, 240 K, 230 K, 220 K, 210 K, 200 K, 190 K, 180 K, 170 K, 160 K, 150 K, 140 K, 130 K, 120 K, 110 K, 100 K, 90 K, 80 K, 70 K, 60 K, 50 K, 40 K, 30 K, 20 K, 10 K oder weniger.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass in zeitlich und/oder prozessual aufeinanderfolgend verfestigten Teilbereichen eine vorbestimmte Mindesttemperatur und/oder eine vorbestimmte Höchsttemperatur umso niedriger gewählt wird bzw. werden, je länger die Verfestigung zurück- liegt. Dies ermöglicht ein kontrolliertes Absenken einer Temperatur eines bereits verfestigten realen Teilbereichs, um bei einem Übergang zu niedrigeren Temperaturen, z. B. außerhalb eines Wirkbereichs der Heizvorrichtung, entstehende Temperaturgradienten zu begrenzen und somit weiter eine Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Heißrissen weiter zu reduzieren. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der Steuereinrichtung eine Referenz stelle eines Heizbereichs der Heizvorrichtung und/oder eines Verfestigungsbereichs bzw. Bestrahlungsbereichs des Energiestrahls ermittelt und zur Steuerung und/oder Regelung einer relativen Bewegung von Heizvorrichtung und Energiestrahl zueinander verwendet wird. Eine Referenz stelle kann grundsätzlich in beliebiger Zahl und an beliebigen geeigneten realen oder virtuellen Orten positioniert sein. Beispielsweise können die Heizvorrichtung und der Energiestrahl jeweils eine Referenzstelle aufweisen, z. B. einen Lichtpunkt oder eine andere Markierung, deren Relativbewegung kamerabasiert verfolgt werden kann und aus der Steuerbefehle für eine Ansteuerung des Verfahrwegs der Heizvorrichtung bzw. des Energiestrahls abgeleitet werden. Analog können auf der Ebene von Maschinensteuerdaten berechnete bzw. softwaremäßige Repräsentationen eines Heizbereichs und eines Bestrahlungsbereichs miteinander korreliert werden, um die Referenz stelle zu ermitteln. Hierzu kann die Steuereinrichtung beispielsweise eine Berechnung von x/y-Steuerkoordinaten vornehmen, wozu als Referenz- stellen Mittelpunkte eines regelmäßig oder unregelmäßig geformten Heizbereichs bzw. eines regelmäßig oder unregelmäßig geformten Bestrahlungsbereichs herangezogen werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Relativbewegung des Heizbereichs der Heizvorrichtung und des verfestigten Teilbereichs um eine Distanz und/oder in einer Richtung, durch welche der Teilbereich einen maximalen Wirkbereich der Heizvorrichtung verlässt, der eine Erwärmung des Teilbereichs auf einen Temperaturwert von mindestens 1000 °C, also beispielsweise von 1000 °C, 1020 °C, 1040 °C, 1060 °C, 1080 °C, 1100 °C, 1120 °C, 1140 °C, 1160 °C, 1180 °C, 1200 °C, 1220 °C, 1240 °C, 1260 °C, 1280 °C, 1300 °C, 1320 °C, 1340 °C, 1360 °C, 1380 °C, 1400 °C, 1420 °C, 1440 °C, 1460 °C, 1480 °C, 1500 °C oder mehr, und/oder von mindestens 70 %, also beispielsweise von 70 %, 71 %, 72 %, 73 %, 74 %, 75 %, 76 %, 77 %, 78 %, 79 %, 80 %, 81 %, 82 %, 83 %, 84 %, 85 %, 86 %, 87 %, 88 %, 89 %, 90 %, 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 %, 99 % der Schmelztemperatur in °C des aktuell verwendeten Bauteilwerkstoffs erlaubt, in Abhängigkeit eines positiven Prüfens daraufhin erfolgt, ob die Temperatur zumindest eines vorbestimmten Abschnitts des ver- festigten Teilbereichs dem vorgegebenen Temperaturverlauf bzw. höchstens der vorbestimmten Höchsttemperatur entspricht. Da das Risiko einer etwaigen Heißrissbildung in manchen Fällen nach dem Verfestigen höher ist als während oder vor dem Verfestigen, kann dieses Kriterium Vorrang gegenüber anderen konkurrierenden Kriterien haben, beispielsweise gegenüber dem Be- ginn des Verfestigens eines zum Verfestigen freigegebenen Bereichs. Damit kann es sogar einen höheren Stellenwert als ein möglichst kontinuierliches Bestrahlen gewinnen. Neben einer Freigabe zum Bestrahlen kann hierdurch eine weitere Freigabe zum Verlagern des Heizbereichs realisiert werden. Die Prüfung kann dabei durch Messung und/oder Hochrechnung oder Simulation der Temperaturwerte erfolgen, was beispielsweise in Fällen sinnvoll ist, in denen eine unmittelbare Temperaturmessung beispielsweise aufgrund von Abschattungen durch andere Geräteteile nicht möglich ist.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest einer Bauteilschicht eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsmaschine, wobei die Vorrichtung mindestens einen Beschichter zum Erzeugen von mindestens einer Schicht aus einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff im Bereich einer Aufbau- und Fügezone, mindestens eine Energiequelle zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls, mittels welchem die Schicht im Bereich der Aufbau- und Fügezone lokal zur Bauteilschicht verfestigbar ist, mindestens eine Heizvorrichtung, mittels welcher die Schicht lokal erwärmbar ist, und mindestens eine Prüfein- richtung, mittels welcher eine Temperatur der Schicht prüfbar ist, umfasst. Eine prozesssicherere additive Herstellung von Bauteilschichten und damit eine Optimierung der Bauteilqualität wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorrichtung eine Steuereinrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, Modelldaten der Aufbau- und Fügezone in virtuelle Teilbereiche zu unter- teilen, wenigstens einen der virtuellen Teilbereiche auszuwählen, zumindest einen Heizbereich in einem mit dem ausgewählten virtuellen Teilbereich korrespondierenden realen Teilbereich der Schicht mittels der Heizvorrichtung lokal zu erwärmen, mittels der Prüfeinrichtung zu prüfen, ob eine Temperatur der Schicht zumindest in einem vorbestimmten Prüfbereich eine vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist, und die Schicht zumindest in einem vorbestimmten Verfestigungs- bereich durch selektives Bestrahlen mittels des wenigstens einen Energiestrahls lokal zu verfestigen, wenn die Schicht im Prüfbereich zumindest die vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist. Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass für eine hohe Prozesssicherheit nur diejenigen Bereiche des Pulverbetts bestrahlt werden sollten, die vor und/oder während der Bestrahlung mindestens eine vordefinierte Mindest- oder Solltemperatur erreichen bzw. erreicht haben (frei- gegebener Prüfbereich oder Freigabebereich). Ein zu einem bestimmten Zeitpunkt mindestens auf die Mindest- oder Solltemperatur beheizter Teilbereich der Schicht nimmt aber in der Regel nur einen relativ kleinen Anteil der Gesamtfläche eines Baufelds bzw. der herzustellenden Bauteilschicht ein. Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Geschwindigkeiten von„Erwär- mung" und„Bestrahlung" kann die Schicht daher erfindungsgemäß mittels der Steuereinrichtung zunächst in zwei oder mehr virtuelle Teilbereiche oder Segmente unterteilt werden. Die Steuereinrichtung kann hierzu generell eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Durchführung der genannten Verfahrensschritte zu steuern bzw. zu regeln. Die Prozessorein- richtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen MikrocontroUer aufweisen. Des Weiteren kann die Steuereinrichtung ein Speichermedium mit einem Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Steuereinrichtung die genannten Verfahrens schritte durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Außerdem kann die Steuereinrichtung ein Speichermedium mit einem Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ersten Erfindungsaspekt auszuführen. Die virtuellen Teilbereiche und damit auch ihre korrespondierenden realen Teilbereiche können, aber müssen nicht zwangsweise geometrisch zusammenhängen, bzw. können, aber müssen nicht zwingend die herzustellende Bauteilschicht enthalten, sondern können auch Bereiche der Schicht charakterisieren, die beispiels- weise zu Stützstrukturen oder zu anderen Bauteilen gehören. Weiterhin kann jeder virtuelle Teilbereich durch die Steuereinrichtung grundsätzlich örtlich und/oder zeitlich vorbestimmt oder dynamisch ermittelt sein, beispielsweise unter Berücksichtigung aktueller Baudaten. Ein Teilbereich kann dabei grundsätzlich einem definierten Bestrahlungsbereich und/oder einer Quer- schnittsfläche eines Bauteils und/oder einer Teilfläche eines gesamten Baufelds entsprechen. Aufgrund der gegenüber der Erwärmung in der Regel höheren Bestrahlungsgeschwindigkeit kann es vorgesehen sein, dass die realen Teilbereiche, die gleichzeitig oder nacheinander die geforderte Mindesttemperatur erreichen oder überschreiten sollen, um ein Mehr- oder Vielfaches größer sind als eine Fläche des Energiestrahls, da ein Bestrahlungs Vorgang ansonsten nur stark verlangsamt möglich ist oder jedes Mal unterbrochen werden muss, wenn ein freigegebener Teil- bereich verfestigt ist. Anschließend wählt die Steuereinrichtung einen ersten virtuellen Teilbereich aus und startet die Temperierung eines Heizbereichs im mit dem virtuellen Teilbereich korrespondierenden realen Teilbereich der Schicht mit Hilfe der Heizvorrichtung. Das Bestrahlen des betreffenden realen Teilbereichs wird durch die Steuereinrichtung erst dann freigegeben, wenn zumindest ein Prüfbereich, der identisch oder abweichend zum Teilbereich sein kann, die geforderte Mindesttemperatur erreicht hat. Der Prüferbereich wird durch die Prüfeinrichtung, welche generell eine Temperaturmesseinrichtung umfasst bzw. mit einer Temperaturmesseinrichtung gekoppelt ist, hinsichtlich seiner Temperatur und des Erreichens der Mindesttemperatur überprüft. Dabei kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass der Teilbereich im Heizbereich über die Mindesttemperatur erwärmt wird, um etwaige Wärmeleitungs- und Abkühlungseffekte zwischen den Schritten„Erwärmen" und„Verfestigen" besser zu berücksichtigen. Ebenso kann vorgesehen sein, dass für manche oder alle Teilbereiche gleiche oder unterschiedliche Maximaltemperaturen vorbestimmt sind oder dynamisch ermittelt werden, so dass eine zur Freigabe der Bestrahlung ausreichende Temperatur zwischen der Mindesttemperatur und einer Maximaltemperatur liegen kann. Durch diese Interaktion bzw. Koordination der Schritte„Beheizen" und „Bestrahlen" ist daher trotz des limitierenden Faktors„Geschwindigkeit der Verlagerung eines Heizbereichs" möglich, eine Bauteilschicht prozesssicher in möglichst kurzer Zeit und möglichst kontinuierlich zu verfestigen, wodurch eine entsprechend hohe Bauteilqualität erreicht wird. Weitere Merkmale und deren Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung des ersten Erfindungsaspekts, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Heizvorrichtung als Induktionsheizvorrichtung ausgebildet ist und wenigstens eine Induktionsspule zum lokalen Erwärmen der Schicht aufweist. Hierdurch ist eine lokale und auf die Geometrie der herzustellenden Bauteilschicht angepasste induktive Erwärmung möglich, so dass insbesondere bei der Verwendung von Hochtemperaturlegierungen als Bauteilwerkstoff die Wahrscheinlichkeit von Heißrissbildungen bei der Herstellung stark reduziert werden kann. Die Heizvorrichtung kann grund- sätzlich auch zwei oder mehr Induktoren zum induktiven Temperieren von vorgebbaren Bereichen der Schicht umfassen. Zwei Induktoren können beispielsweise senkrecht zueinander ausgerichtet sein, wobei in weiterer Ausgestaltung der erste Induktor in einer Betriebsstellung in den zweiten Induktor eingreifen kann („Kreuzspulenkonzept"). Dabei wird die maximale Temperatur im Heizbereich typischerweise nur im Umfeld bzw. in einem metallpulverbasierten additiven Herstellungsprozess typischerweise unterhalb eines Bereichs erreicht, an der die Induktoren unmittelbar übereinander stehen bzw. ihre Wirkbereiche einander überlagern. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung umgreift ein großer Induktionsspulenarm einen kleineren Induktionsspulenarm, wobei der kleinere z. B. entlang einer Längserstreckung des großen Induktionsspulenarms in einer Ebene parallel zum Baufeld verfahren kann. Die maximale Temperatur der Erwärmung kann auch in diesem Beispiel nur im Zusammenwirken der beiden Induktoren erreicht werden und zwar mittels einer Überlagerung beider Induktionsfelder. Es ist aber zu betonen, dass die Heizvorrichtung nicht auf eine bestimmte Ausgestaltung der Induktionsheizvorrichtung beschränkt ist. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Speichermedium mit einem Programmcode, der dazu ausgebildet ist, bei Ausführen durch eine Steuereinrichtung eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt so zu steuern, dass diese ein Verfahren gemäß dem ersten Erfindungs- aspekt durchführt. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Erfindungsaspekts anzusehen sind und umgekehrt. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Bauteilschicht, die generativ durch lokales Verfestigen einer Schicht hergestellt wird;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Bauteilschicht, die generativ durch lokales Verfestigen einer Schicht hergestellt wird;

Fig. 3 eine schematische Aufsicht einer lokalen Heizvorrichtung mit zwei Induktionsspulen, die in ihrer Längserstreckung parallel zu einer Verfestigungsfortschrittsrichtung angeordnet sind; Fig. 4 ein Diagramm eines resultierenden Temperaturverlaufs in einer unter der in Fig. 3 gezeigten Heizvorrichtung liegenden Pulver- bzw. Bauteilschicht; Fig. 5 eine schematische Aufsicht der lokalen Heizvorrichtung, wobei eine Induktionsspule in ihrer Längserstreckung schräg zu einer Verfestigungsfortschrittsrichtung angeordnet ist;

Fig. 6 eine schematische Aufsicht der lokalen Heizvorrichtung mit mehreren zugeordneten

Heizbereichen;

Fig. 7 ein Diagramm einer Heizungs Steuerung der in Fig. 6 gezeigten Heizvorrichtung und eines resultierenden Temperaturverlaufs in der Pulver- bzw. Bauteilschicht;

Fig. 8 eine schematische Aufsicht der lokalen Heizvorrichtung, wobei eine Induktionsspule in ihrer Längserstreckung senkrecht zu streifenförmig angeordneten Teilbereichen angeordnet ist;

Fig. 9 eine schematische Aufsicht der lokalen Heiz Vorrichtung, wobei eine Induktionsspule anhand einer Referenz stelle gegenüber den Teilbereichen ausgerichtet ist;

Fig. 10 eine schematische Aufsicht der lokalen Heiz Vorrichtung, wobei prozessual aufeinander folgende Prüfbereiche miteinander überlappen; und

Fig. 11 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrich- tung;

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Bauteilschicht 10, die generativ durch lokales Verfestigen einer Schicht 12 hergestellt wird. Eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 28, mittels welcher ein so genanntes additives bzw. generatives Fertigungs verfahren durchgeführt werden kann, ist in Fig. 11 dargestellt. Fig. 1 wird im Folgenden in Zusammenschau mit Fig. 11 erläutert werden. Ein Bauteil 40, bei dem es sich beispielsweise um ein Bauteil 40 einer Strömungsmaschine bzw. eines Flugtriebwerks handeln kann, wird dabei schichtweise aufgebaut. Vorwiegend metallische Bauteile 40 können beispielsweise durch Laser- bzw. Elektronenstrahlschmelz- oder - sinterverfahren hergestellt werden. Dabei wird zunächst schichtweise mindestens ein pulverför- miger Bauteilwerkstoff 48 im Bereich eines Baufelds bzw. einer Aufbau- und Fügezone 42 aufgetragen, um die Schicht 12 zu bilden. Anschließend wird der Bauteilwerkstoff 48 lokal verfestigt, indem dem Bauteilwerkstoff 48 im Bereich der Aufbau- und Fügezone 42 Energie mittels wenigstens eines Energiestrahls zugeführt wird, wodurch der Bauteilwerkstoff 48 schmilzt bzw. sintert und die Bauteilschicht 10 bildet. Der Energiestrahl wird dabei in Abhängigkeit einer Schichtinformation der jeweils herzustellenden Bauteilschicht 10 gesteuert. Die Schichtinformationen werden üblicherweise aus einem 3D-CAD-Körper des Bauteils 40 erzeugt und in einzelne Bauteilschichten 10 unterteilt. Nach dem Verfestigen des geschmolzenen Bauteilwerkstoffs wird eine Bauteilplattform 46 um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt. Danach werden die genannten Schritte bis zur endgültigen Fertigstellung des gewünschten Bauteilbereichs oder des ge- samten Bauteils 40 wiederholt. Der Bauteilbereich bzw. das Bauteil 40 kann dabei grundsätzlich auf der Bauteilplattform 46 oder beispielsweise auf einem bereits erzeugten Teil des Bauteils 40, auf einer Stützstruktur oder direkt auf einer Grundplatte 44 der Vorrichtung 28 hergestellt werden. Die Vorteile dieser additiven Fertigung liegen insbesondere in der Möglichkeit, sehr komplexe Bauteilgeometrien mit Hohlräumen, Hinterschnitten und dergleichen im Rahmen eines einzelnen Verfahrens herstellen zu können.

Um den Bauteilwerkstoff 48 lokal erwärmen zu können, wird eine Heizvorrichtung 90 verwendet, mittels welcher die Schicht 12 in einzelnen Heizbereichen auf eine gewünschte Mindesttemperatur erwärmt werden kann. Die lokale Heizvorrichtung 90 dient dabei zur Verbesserung z. B. der mechanischen Eigenschaften eines Bauteils 40 und weist beispielsweise eine(n) oder mehrere relativ zur Schicht 12 bewegbare Induktionsspule(n) 92a, 92b (s. Fig. 3) bzw. Induktor(en) auf. Durch die lokale und beispielsweise individuell auf die Geometrie der herzustellenden Bauteilschicht 10 anpassbare induktive Erwärmung ist es möglich, dass insbesondere bei der Verwendung von Hochtemperaturlegierungen als Bauteilwerkstoff Heißrissbildungen bei der Herstellung des Bauteils zuverlässig verhindert werden. Da in Pulver keine Wirbelströme induziert werden können, werden in diesem Fall unter der Schicht 12 liegende, bereits verfestigte Bauteilschichten 10 erhitzt. Anfangs bzw. im Bereich der ersten Bauteilschichten 10 kann die vorgefertigte Grundplatte 44 vom Induktionsfeld erfasst werden. Die Wärme wird dann über Wärmeleitung/Wärmestrahlung in die darüber liegende(n) Schicht(en) 12 übertragen.

Eine zu einem identischen Zeitpunkt mindestens auf eine Mindest- oder Solltemperatur beheiz- bare Fläche des Pulverbetts 12 nimmt dabei aber nur einen kleinen Anteil eines Baufelds 42 bzw. der Bauteilschicht 10 ein. Der Heizbereich der lokalen Heizvorrichtung 90 muss also in der Regel über das Baufeld 42 bewegt werden, damit die gesamte Bauteilschicht 10 erwärmt und bestrahlt werden kann. Gleichzeitig ist aber eine Scangeschwindigkeit des Energiestrahls, beispielsweise eines Laserstrahls 60 oder eines Elektronenstrahls, üblicherweise relativ hoch. Ein Aktionsfeld des Energiestrahls kann auf der Schicht 12 Sprünge oder große Distanzen umfassen, die in sehr kurzer Zeit zurückgelegt werden (z. B. bei Konturbelichtung, Island- Bestrahlungsstrategie). Ein Verlagern des Heizbereichs (Spulenanordnung) erfolgt aus mechanischen und thermischen Gründen demgegenüber wesentlich langsamer. Die Interaktion von„Beheizen" und„Bestrahlen" - bei Energiequellen 58 wie etwa Lasern spricht man auch von„Be- lichten" - sollte daher so koordiniert werden, dass trotz des limitierenden Faktors„Geschwindigkeit der Verlagerung eines Heizbereichs" eine Bauteilschicht 10 in möglichst kurzer Zeit und möglichst kontinuierlich verfestigt werden kann, wobei stets die Prozesssicherheit und die maximal erreichbare Bauteilqualität im Vordergrund stehen. Daher sollte für eine hohe Bauteilqualität sichergestellt werden, dass nur Verfestigungsbereiche der Schicht 12 bestrahlt werden, die während der Bestrahlung mindestens eine vordefinierte Mindest- oder Solltemperatur („freigegebener Prüfbereich") erreichen bzw. erreicht haben. Aufgrund der möglichen Bestrahlungsgeschwindigkeit müssen die Verfestigungsbereiche, die gleichzeitig die Mindest- bzw. Solltemperatur erreichen oder überschreiten, in der Praxis um ein Vielfaches größer sein als ein Laserfleck bzw. eine Auftreffstelle eines fokussierten Verfestigungsstrahls auf der Oberfläche der Schicht 12, da ein Bestrahlungs Vorgang ansonsten entweder stark verlangsamt abliefe oder jedes Mal unterbrochen werden müsste, wenn ein Verfestigungsbereich 16 vollständig verfestigt ist. Die maximale Fläche eines Verfestigungsbereichs 16 ist damit im Wesentlichen durch die Fläche bestimmt, in dem eine Mindest- bzw. Solltemperatur überhaupt gleichzeitig erzielbar ist.

Bei einer Heizvorrichtung 90 mit einer Kreuzspulenanordnung bzw. einer Anordnung, in der eine kleine Induktionsspule 92b in einer größeren Induktionsspule 92a positioniert ist (s. Fig. 3), ent- spricht der Heizbereich 102 beispielsweise etwa der Fläche zwischen den Spulenarmen, in der die Wirkbereiche der Induktionsspulen 92a, 92b einander überlagern. Da ein freigegebener Prüfbereich 104 eine Freigabe einer nachfolgenden Bestrahlung anzeigt, muss in der Praxis vom genannten Heizbereich 102 häufig noch ein Abschnitt abgezogen werden, der durch einen darüber angeordneten Spulenarm verdeckt ist.

Ein entsprechendes Herstellungsverfahren kann unterschiedlich ausgestaltet werden.

Beispiel 1: Sequenzielle Bestrahlung

Die additive Herstellung der Bauteilschicht 10 kann generell sequenziell, abgestuft und/oder sukzessive erfolgen. Zunächst wird die Schicht 12 anhand von Modelldaten in mehrere virtuelle Teilbereiche 14 unterteilt, die nacheinander in einer vorgegebenen oder dynamisch bestimmten Reihenfolge ausgewählt werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe der Steuereinrichtung 80 er- folgen. Jeder zu verfestigende reale Teilbereich 14 der Schicht 12, der einem korrespondierenden virtuellen Teilbereich 14 entspricht, wird dann in einem Heizbereich lokal mittels der Heizvorrichtung 90 beheizt. Anschließend wird mittels einer eine Temperaturmesseinrichtung umfassenden Prüfeinrichtung 70 in einem Prüfbereich 104 geprüft, ob eine vorbestimmte Mindesttemperatur erreicht wurde. Nach Erreichen der vorgegebenen Mindesttemperatur wird die Schicht 12 in einem Verfestigungsbereich 16 verfestigt. Die realen Teilbereiche 14, die Heizbereiche 102, die Prüfbereiche 104 und die Verfestigungsbereiche 16 können, aber müssen nicht zwingend identischen Bereichen der Schicht 12 entsprechen. Beispielsweise kann ein Heizbereich 102 mit einem virtuellen/realen Teilbereich 14 überlappen, etwa wenn das Erwärmen mittels der Heizvorrichtung 90 nicht auf einen klar begrenzten (realen) Teilbereich 14 beschränkt wird. Ein Heizbereich 102 kann aber auch eine Teilmenge eines Teilbereichs 14 sein, beispielsweise wenn die Erwärmung ausschließlich innerhalb des (realen) Teilbereichs 14 stattfindet. Ebenso können auch ein Prüfbereich 104 und/oder ein Verfestigungsbereich 16 identisch mit einem (virtuellen/realen) Teilbereich 14 sein oder mit diesem überlappen oder eine Teilmenge des jeweiligen Teilbereichs 14 darstellen. Die einzelnen virtuellen/realen Teilbereiche 14 müssen nicht zwangsweise geomet- risch zusammenhängen und auch nicht zwingend Bestandteil eines einzelnen Bauteils 40 sein.

Nach dem Belichten eines Teilbereichs 14 wird der Heizbereich 102 bzw. die Heizvorrichtung 90 an einen anderen Ort der Schicht 12 verlagert und erwärmt im prozessual folgenden Teilbereich 14 einen prozessual folgenden Heizbereich 102 direkt oder indirekt auf die jeweils gewünschte Mindesttemperatur. Nach Erreichen der Mindesttemperatur (freigegebener Prüfbereich 104) wird der weitere Teilbereich 14 im Verfestigungsbereich 16 verfestigt usw., bis die Bauteilschicht 10 fertig gestellt ist.

Beispiel 2: Kontinuierlicher Vorschub des Energiestrahls

Bei dieser Ausführungsform erfolgen die Schritte„Beheizen" und„Belichten" bzw.„Bestrahlen" zeitlich so koordiniert, dass möglichst geringe Bestrahlungspausen auftreten. Mit anderen Wor- ten wird der Zeitraum, in dem nicht bestrahlt wird, minimiert, z. B. weil zunächst die Heizvorrichtung 90 zu einer Zielposition verfahren muss, um dort einen Heizbereich 102 in einem nachfolgenden Teilbereich 14 zu beheizen oder weil der Verfestigungsbereich 16 (noch) nicht bestrahlt wird, weil die erforderliche Mindesttemperatur im Prüfbereich 104 (noch) nicht erreicht wurde. Vorzugsweise erfolgt die Bestrahlung der gesamten Bauteilschicht 10 kontinuierlich bzw. ohne Bestrahlungsunterbrechung. Nicht als Bestrahlungsunterbrechung werden dabei kurze Bestrahlungspausen verstanden, die z. B. bei dem typischen Bestrahlungsmuster des Hatchens zwischen dem Abtasten bzw. Scannen einzelner im Wesentlichen zueinander paralleler Linien eingelegt werden, wenn eine Strahl-Umlenkeinheit einen Umkehrvorgang vollzieht, ohne dass dabei der Strahl aktiviert ist. Hierzu können die einzelnen Teilbereiche 14 beispielsweise entlang eines oder mehrerer streifenförmiger Verfestigungsbereiche 16 angeordnet werden, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Auf diese Weise ergeben sich kontinuierlich oder weitgehend bzw. quasikontinuierlich aufeinander folgende Verfestigungsbereiche 16, da die Schicht 12 in zeitlich und örtlich aufeinander folgenden Heizbereichen entsprechender Teilbereiche 14 lokal erwärmt und nach Erreichen der jeweiligen Mindesttemperatur zumindest weitgehend kontinuierlich verfestigt wird.

In Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Bauteilschicht 10 dargestellt, die generativ durch lokales Verfestigen einer Schicht 12 hergestellt wird. Im Unterschied zum in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schicht 12 gitterförmig in rechteckige oder quadratische virtuelle und damit auch reale Teilbereiche 14 unterteilt. Man erkennt, dass manche Teilbereiche 14 zu verfestigende Randbereiche der Bauteilschicht 10 sowie nicht zu verfestigende Pulverbereiche umfassen. Alternativ können die Teilbereiche 14 auch derart definiert werden, dass sie ausschließlich Verfestigungsbereiche der Schicht 12 umfassen. Ebenso kann generell vorgesehen sein, dass manche Teilbereiche 14 keine Verfestigungsbereiche umfassen, aber dennoch direkt oder indirekt erwärmt werden und/oder dass manche Teilbereiche 14 zwar Verfestigungsbereiche aufweisen, aber nicht oder zumindest nicht direkt mittels der lokalen Heizvorrichtung 90 vorgewärmt werden.

Über das Erreichen der Mindest- oder Solltemperatur können Teilbereiche 14 definiert werden, die nicht zwangsläufig örtlich zusammenhängen. Die Reihenfolge der Abarbeitung der Teilbereiche 14 richtet sich beispielsweise nach dem Zeitpunkt des Erreichens der Mindesttemperatur o- der auch der Nähe der Ist- Temperatur zu einer jeweiligen Soll- bzw. Mindesttemperatur und er- folgt möglichst zeitlich zur Freigabe des jeweiligen Teilbereichs 14 (Triggern der Freigabe durch Erreichen der Mindesttemperatur). Dabei kann die geometrisch kontinuierliche Bestrahlung ebenfalls unterbrochen werden, wenn dies eine vorteilhaftere Bestrahlung bzw. Verfestigung erlaubt oder wenn die geometrischen Daten der herzustellenden Bauteilschicht 10 dies erforderlich machen. Ziel sollte es stets sein, eine möglichst kontinuierliche Verfestigung, das heißt einen möglichst geringen Pausenanteil an der Gesamtdauer der Belichtung der Schicht 12 pro herzustellender Bauteilschicht 10 zu erreichen.

Für ein möglichst unterbrechungsarmes oder unterbrechungsfreies Beheizen der Schicht 12 wird daher die Bewegung des Heizflecks der Heizvorrichtung 90 vorzugsweise an die Richtung bzw. Geschwindigkeit des Bestrahlungsfortschritts gekoppelt, um möglichst effiziente„Laufwege" der Heizvorrichtung 90 im Hinblick auf die Gesamtfläche der zu bestrahlenden Bauteilschicht 10 in Abhängigkeit der verwendeten Heizmethode bzw. Induktionsspulenanordnung zu erreichen. Aufgrund der relativen Trägheit der Heizvorrichtung 90 sind lange Wege ohne Heiztätigkeit generell möglichst zu vermeiden.

Steuerungstechnisch werden diese Ziele durch die bereits beschriebene Segmentierung bzw. Unterteilung der Schicht 12 in virtuelle und reale Teilbereiche 14 und den Mechanismus des Heizens, des Prüfens der Temperatur und der Freigabe der einzelnen Teilbereiche 14 für die Verfestigung bei Erreichen der jeweiligen Mindesttemperatur erreicht. Ein Teilbereich 14 bzw. ein Ver- festigungsbereich 16 als kann beispielsweise örtlich definiert werden über

einen definierten Bestrahlungsbereich; und/oder

eine Querschnittsfläche des herzustellenden Bauteils 40; und/oder eine Geometrie der herzustellenden Bauteilschicht 10; und/oder eine Geometrie des gesamten Baufelds 42.

Alternativ oder zusätzlich kann ein Teilbereich 14 bzw. ein Verfestigungsbereich 16 beispielsweise zeitlich definiert werden:

- dynamisch während des Bauprozesses; und/oder

als Vorberechnung bzw. vorbestimmt.

Sonstige Kriterien, die einzeln und in beliebiger Kombination in die Bestimmung der Anzahl und Gestaltung der einzelnen Bereiche (virtueller/realer Teilbereich 14, Heizbereich, Prüfbereich, Verfestigungsbereich) einfließen können, umfassen beispielsweise die Ermittlung geeigneter Mindestwerte bezüglich des Flächeninhalts eines Teilbereichs 14 und/oder die simulierte Bestrahlung sdauer eines Teilbereichs 14 und/oder die Länge eines in einem Teilbereich 14 bzw. in einem Verfestigungsbereich 16 befindlichen Bestrahlungspfades. Weiterhin kann eine Segmentierung bzw. Unterteilung der Bauteilschicht 10 in mehreren Stufen erfolgen, so dass beispiels- weise mehrere Segmente oder Teilbereiche 14 in Cluster zusammengefasst werden. Jedes Cluster kann dann z. B. mit unterschiedlichen Bestrahlungstypen bestrahlt werden. Beispielsweise kann ein Teilbereich 14 oder Cluster von Teilbereichen 14 bzw. Verfestigungsbereichen statt mit dem Bestrahlungstyp„Streifenmuster" mit dem alternativen Bestrahlungstyp„Schachbrettmuster" bestrahlt werden oder einem anderen geeigneten Muster, um beispielsweise lokale Überhitzungen in besonders sensiblen Bereichen wie spitz zulaufenden Bereichen oder Konturbereichen zu vermeiden.

Als weitere Ausführungsvarianten können miteinander überlappend angeordnete Bereiche (Teilbereiche 14, Heizbereiche 102, Prüfbereiche 104, Verfestigungsbereiche 16) vorgesehen sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass einzelne, mehrere oder alle Bereiche (Teilbereiche 14, Heizbereiche 102, Prüfbereiche 104, Verfestigungsbereiche 16) in Abhängigkeit des Verfahrensstands unterschiedlich bestimmt werden, also beispielsweise mit kleinerer Fläche vor der Verfestigung und mit größerer Fläche nach der Verfestigung oder umgekehrt. Somit wird grundsätzlich eine einseitige oder wechselseitige Abhängigkeit zwischen dem Verfahrweg der Heizvorrichtung 90 und dem Verfahrweg des Energiestrahls für die Steuerung und/oder Regelung der Vorrichtung 28 berücksichtigt. In den folgenden Ausführungsbeispielen sind die realen Teilbereiche 14 und die Verfestigungsbereiche 16 in der Regel identisch gewählt. Die Heizbereiche 102 sind derart gewählt, dass jeder Teilbereich 14 insgesamt zumindest auf seine jeweils geforderte Mindesttemperatur erwärmt wird, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass angrenzende Teilbereiche 14 gegebenenfalls miter- wärmt werden, ohne dabei jedoch die für sie geforderte Mindesttemperatur erreichen zu müssen. Die Prüfbereiche 104 sind in den folgenden Ausführungsbeispielen Teilmengen der jeweiligen Teilbereiche 14, so dass die momentane Temperatur bzw. das Erreichen der Mindesttemperatur jeweils nicht im gesamten Teilbereich 14 geprüft wird. Stattdessen wird unter Zuhilfenahme von Erfahrungswerten, Extrapolation oder dergleichen anhand der Temperatur im Prüfbereich 104 auf die Temperatur im außerhalb des Prüfbereichs 104 liegenden Abschnitt des zugeordneten Teilbereichs 14 geschlossen. Dieses Prinzip kann im Rahmen der vorliegenden Offenbarung grundsätzlich angewendet werden, ohne auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. Der Heiz-, Prüf- und Verfestigungs schritt von n Teilbereichen 14 (Xi .. .X_n) einer Bauteilschicht 10 kann in einer Ausführungsform statisch erfolgen und folgende Schritte umfassen:

Unterteilen von Modelldaten der Schicht 12 bzw. des Baufelds 42 in virtuelle

Teilbereiche;

Auswählen eines ersten virtuellen Teilbereichs und Zuordnen eines realen Teilbe- reichs 14 (Segment Xi);

Steuerung: Beheizen des ersten Teilbereichs 14 (Segment Xi) (variable oder ggf. max. Heizleistung HL) in einem entsprechenden Heizbereich 102;

Prüfung: Soll- bzw. Mindesttemperatur im Prüfbereich 104 für Teilbereich 14

(Xi) erreicht?

Falls ja: Signal„Freigabe für Bestrahlung"; falls nein: Signal„Beheizen fortsetzen", ggf. mit veränderter Heizrate bzw. Heizleistung HL;

Steuerung: Bei aktiver Freigabe fortlaufendes Beheizen (ggf. mit veränderter Heizrate bzw. Heizleistung HL) oder Abbrechen des Beheizens des Teilbereichs

14;

Steuerung: Belichtung des Teilbereichs 14 (Xi);

Gegebenenfalls Signal: Freigabe für Deaktivierung der Beheizung des Heizbereichs 102 des zugeordneten Teilbereichs 14 (Xi) (unmittelbar oder mit zeitlichem Versatz, z. B. aufgrund einer vorteilhaften Wärmenachbehandlung); Gegebenenfalls Signal: Endgültige Freigabe des Teilbereichs 14 (Xi) nach Deak- tivierung der Beheizung;

Steuerung: Verlagern des Heizbereichs (ggf. max. Heizlevel) zur Beheizung des prozessual folgenden Teilbereichs 14 (X₂) und Durchführung des Prozesses in analoger Weise für alle restlichen Teilbereiche 14 (X₂...X_n) der Bauteilschicht 10;

In alternativen Ausführungsformen kann der Heiz-, Prüf- und Verfestigungsschritt der Teilbereiche 14 (Xi ...X_n) einer Bauteilschicht 10 dynamisch erfolgen und folgende Schritte und Ausführungsformen, einzeln und in beliebiger Kombination, umfassen:

Festlegung einer notwendigen Mindestanzahl bzw. eines Mindestvorlaufs und/oder einer Höchstanzahl bzw. eines Mindestnachlaufs einer Beheizung relativ zum Auftreffort des Energiestrahls; die Definition von„Mindestanzahl/ Mindestvorlauf' bzw.„Höchstanzahl/Mindestnachlauf' kann z. B. nach folgenden Kriterien erfolgen:

zeitbasiert (Erwärmung/Bestrahlung);

Länge eines Bestrahlungspfades in einem freigegebenen Teilbereich 14 mit erreichter Mindesttemperatur;

Anzahl von Teilbereichen 14 (in Vorheizung begriffen; freigegeben für Belichtung; bereits belichtet, etc.).

Ab einem Mindestvorlauf freigegebener erwärmter Teilbereiche 14 startet die Bestrahlung bzw. Verfestigung der Bauteilschicht 10. Nach erfolgter Freigabe eines Teilbereichs 14 (Erwärmen beendet und ggf. Verfestigen beendet) wird der Heizbereich zum nächsten zu verfestigenden Teilbereich 14 verlagert. Bei ausreichend großem Puffer kann damit eine dauerhafte Bewegung des Energiestrahls, ggf. mit Beschleunigungs- und Bremsphasen erreicht werden. Sukzessive beheizte Teilbereiche 14 können in einer Anzeigevorrichtung als zur Bestrahlung freigegebene Segmente angezeigt werden, um einem Anwender die entsprechende Information zur Verfügung zu stellen. Eine Bestrahlung der jeweiligen Bauteilschicht 10 erfolgt möglichst fortlaufend bzw. weitgehend ununterbrochen. Der Puffer an erwärmten und freigegebenen Teilbereichen 14 wird vorzugsweise so eingestellt, dass er nicht aufgebraucht wird, bis die Bestrahlung der gesamten Bauteilschicht 10 beendet ist. Hierzu kann es erforderlich sein, dass prozessual spätere Teilbereiche 14 unterschiedlich erwärmt werden als prozessual frühere Teilbereiche 14, um einen Wärmepuffer zur Kompensation der bis zum Beginn der jeweiligen Bestrahlung zu erwartenden Ab- kühlung zu schaffen. Generell hat es dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Höchsttemperatur, die für unterschiedliche Teilbereiche 14 gleich oder unterschiedlich vorbestimmt bzw. dynamisch ermittelt werden kann, nicht überschritten wird, um ein„Verbrennen" des Bauteilwerkstoffs oder ein erneutes Aufschmelzen bereits verfestigter Bauteilschichten 10 zu verhindern.

Die Bewegung des vergleichsweise engen Wirkbereichs der Heizvorrichtung 90 (Überdeckung der kleinen Induktionsspule 92b) kann entsprechend einer gemittelten Bewegungsrichtung eines Energiestrahls eingestellt werden, wobei die Bewegung des Energiestrahls üblicherweise senkrecht oder in einem Winkel von mindestens 45 °, das heißt von 45 °, 46 °, 47 °, 48 °, 49 °, 50 °, 51 °, 52 °, 53 °, 54 °, 55 °, 56 °, 57 °, 58 °, 59 °, 60 °, 61 °, 62 °, 63 °, 64 °, 65 °, 66 °, 67 °, 68 °, 69 °, 70 °, 71 °, 72 °, 73 °, 74 °, 75 °, 76 °, 77 °, 78 °, 79 °, 80 °, 81 °, 82 °, 83 °, 84 °, 85 °, 86 °, 87 °, 88 °, 89 ° oder 90 ° zur Bewegungsrichtung der Heizvorrichtung 90 auf der Schicht 12 erfolgt. Dabei sind Bestrahlungs Sprünge soweit wie möglich zu reduzieren bzw. zu vermeiden, die eine Verlagerungsgeschwindigkeit der Heizvorrichtung 90 überfordern, um zu verhindern, dass in der Zwischenzeit ein Puffer an temperierten Teilbereichen 14 aufgebraucht und eine kontinuierliche Bestrahlung der gesamten Schicht 12 unterbrochen wird.

Beispiel 3 Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verhältnis von„Mindestvor- lauf:Mindestnachlauf ' zwischen 1,5: 1 und 3: 1 eingestellt, also beispielsweise 1,5: 1, 1,6: 1, 1,7: 1, 1,8: 1, 1,9: 1, 2,0: 1, 2,1: 1, 2,2: 1, 2,3: 1, 2,4: 1, 2,5: 1, 2,6: 1, 2,7: 1, 2,8: 1, 2,9: 1 oder 3: 1.

Beispiel 4

Es wird eine Mindestanzahl zur Bestrahlung freizugebender Teilbereiche 14 festgelegt, bevor eine Bestrahlung der betreffenden Bauteilschicht 10 startet. Dies bietet den Vorteil, dass ein Puffer mit dem Zweck geschaffen wird, dass eine Bestrahlung nicht nach Freigabe eines Segments bzw. Teilbereichs 14 beendet werden muss, sondern in einem nächsten freigegebenen Teilbereich 14 unmittelbar fortgesetzt werden kann.

Beispiel 5 Es wird eine Höchstanzahl bestrahlter bzw. freigegebener Teilbereiche 14 oder Segmente definiert, bevor ein Heizbereich der Heizvorrichtung 90 verlagert wird. Dies bietet den Vorteil, dass ein Puffer mit dem Zweck geschaffen wird, dass ein Heizbereich der Heizvorrichtung 90 rechtzeitig verlagert wird, so dass immer eine Mindestanzahl freigegebener (d. h. gemäß Prüfung aus- reichend beheizter) Teilbereiche 14 zur Verfügung steht.

Beispiel 6

Nach erfolgter Freigabe (siehe oben) für ein Segment bzw. für einen Teilbereich 14 aufgrund der erreichten Mindesttemperatur wird der Heizbereich der Heizvorrichtung 90 verlagert, beispielsweise durch Verfahren einer Induktionsspulenanordnung, und zwar um eine bestimmte Distanz oder Strecke, so dass mindestens ein weiterer zu bestrahlender Teilbereich 14 in einer Distanz bzw. Orientierung zur Heizvorrichtung 90 steht, die ein Aufheizen auf den jeweils gewünschten Mindesttemperaturwert erlaubt.

Beispiel 7

Es wird eine x/y-Steuerkoordinate berechnet, beispielsweise über Referenz stellen eines (z. B. regelmäßig geformten) Heizbereichs bzw. eines (z. B. regelmäßig geformten) Verfestigungsbe- reichs. Dabei können verschiedene Parameter berücksichtigt werden wie beispielsweise die Aufnahmefrequenz (60 Hz) einer IR-Kamera (Prüfeinrichtung 70), die zur Temperaturmessung der Schicht 12 verwendet werden kann, eine Hatchdistanz, eine Breite eines Bestrahlungsstreifens oder eine Scangeschwindigkeit des Energiestrahls. Vor Beginn der Bestrahlung wird auch hier vorzugsweise ein Puffer an zur Bestrahlung freigegebenen Teilbereichen 14 erzeugt.

Fig. 3 zeigt eine schematische Aufsicht einer lokalen Heizvorrichtung 90 mit einer großen und einer kleinen Induktionsspule 92a, 92b, welche in ihrer Längserstreckung vorliegend parallel zu einer Verfestigungsfortschrittsrichtung VR, das heißt in einer idealen Ausrichtung zu streifen- bzw. bandförmig angeordneten Teilbereichen 14 angeordnet sind. Die Teilbereiche 14 werden in Verfestigungsfortschrittsrichtung bzw. Vorschubrichtung VR nacheinander ausgewählt, erwärmt, geprüft und nach Erreichen der vorbestimmten Mindesttemperatur verfestigt. Fig. 3 wird im Folgenden in Zusammenschau mit Fig. 4 diskutiert werden, welche ein Diagramm eines resultierenden Temperaturverlaufs in einer unter der in Fig. 3 gezeigten Heizvorrichtung 90 liegenden Schicht 12 zeigt. Man erkennt, dass der Verfestigungsbereich 16 vorliegend deckungsgleich bzw. identisch mit einem der Teilbereiche 14 gewählt ist, während die Heizbereiche 102 nicht deckungsgleich mit den Teilbereichen 14 sind. Wie man in Fig. 4 erkennt, ergibt sich entlang der Erstreckung der Heizvorrichtung 90 von links nach rechts, das heißt in Richtung der Vorschub- richtung VR betrachtet, ein mehrstufiger Temperaturverlauf. Ausgangstemperatur ist eine Basistemperatur Tl, welche in der Prozesskammer 30 herrscht und beispielsweise durch die in Fig. 11 gezeigte Strahlungsheizung 54 oder auch nur durch die Umgebungstemperatur erzeugt werden kann. Sie ist grundsätzlich variabel und kann sich z. B. über einen Bau- bzw. Herstellungsvorgang hinweg erhöhen. Ausgehend von der Basistemperatur Tl erhöht sich die Temperatur durch die Induktionswirkung der großen Spule 92a zunächst auf eine Temperatur T2. Durch die Überlagerung mit den durch die kleine Induktionsspule 92b induzierten Wirbelströmen steigt die Temperatur in einer Bauteilplattform 46 bzw. einer bereits selektiv verfestigten Schicht unterhalb der Schicht 12 und damit per Wärmeübertragung auch die Temperatur der Schicht 12 selbst über eine Rampe auf die knapp unterhalb der Schmelztemperatur des Bauteilwerkstoffs liegende Temperatur T3, welche vorliegend gleichzeitig die gewünschte Mindesttemperatur (Tmin) für die Verfestigung darstellt. Durch die mit Pfeilen symbolisierten Belichtungspfade des Laserstrahls 60 wird die Temperatur der Schicht 12 im aktuell bearbeiteten Verfestigungsbereich 16 auf eine oberhalb der Schmelztemperatur des Bauteilwerkstoffs liegende Temperatur T4 erhöht, so dass der Bauteilwerkstoff 48 im betreffenden Teilbereich 14 bzw. Verfestigungsbereich 16 lokal bzw. selektiv aufgeschmolzen und verfestigt wird. Anschließend fällt die Temperatur in einem verfestigten Nachheizbereich innerhalb des Wirkbereichs der kleinen Induktionsspule 92b über eine Rampe wieder zurück auf den Wert T3 und außerhalb der kleinen Induktionsspule 92b auf den Wert T2. Nachdem ein Wirkbereich der großen Induktionsspule 92a sich mit einem Verfahren der Spule 92a von einem verfestigten Teilbereich 14 entfernt hat, fällt die Temperatur schließlich wieder auf die Umgebungstemperatur Tl ab.

Man erkennt in Fig. 3 weiterhin mit Kreisen gekennzeichnete Hochrechnungsbereiche 104' im Bereich der großen und der kleinen Induktionsspule 92a, 92b, in welchen aufgrund der Abschattung durch die Induktionsspulen 92a, 92b keine direkte Messung der Temperatur der Schicht 12, beispielsweise mit Hilfe einer Wärmebildkamera bzw. einer Tomographieeinrichtung der Prüfeinrichtung 70, möglich ist. In Fig. 4 sind die Hochrechnungsbereiche 104' ebenfalls mit Kreisen gekennzeichnet. In diesen Hochrechnungsbereichen 104' ersetzt eine Hochrechnung bzw. ei- ne Schätzung anhand von Erfahrung s werten die direkte Ermittlung bzw. Messung der aktuellen Temperatur.

Fig. 5 zeigt eine schematische Aufsicht der lokalen Heizvorrichtung 90, wobei die Induktions- spulen 92a, 92b ihrer Längserstreckung nach schräg zu einer Verfestigungsfortschrittsrichtung VR angeordnet sind, in welcher die streifen- bzw. bandförmig angeordneten Teilbereiche 14 nacheinander verfestigt werden sollen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich die kleine Induktionsspule 92b dargestellt. Man erkennt, dass aufgrund der schrägen Anordnung der Induktionsspule 92b bezogen auf die mit Pfeil VR gekennzeichnete Fortschrittsrichtung des Verfesti- gungsprozesses die rechteckig gewählten Teilbereiche 14 der Schicht 12 unterschiedlich stark abgeschattet werden. Daher werden die Prüfbereiche 104 vorliegend derart gewählt, dass sie lediglich einer Teilfläche des jeweiligen Teilbereichs 14 entsprechen. Beispielsweise kann jeder Prüfbereich 104 so gewählt bzw. vorbestimmt werden, dass er nur weniger als 50 %, 51 %, 52 %, 53 %, 54 %, 55 %, 56 %, 57 %, 58 %, 59 %, 60 %, 61 %, 62 %, 63 %, 64 %, 65 %, 66 %, 67 %, 68 %, 69 %, 70 %, 71 %, 72 %, 73 %, 74 %, 75 %, 76 %, 77 %, 78 %, 79 %, 80 %, 81 %, 82 %, 83 %, 84 %, 85 %, 86 %, 87 %, 88 %, 89 %, 90 %, 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 % oder 99 % der Fläche des jeweiligen Teilbereichs 14 besitzt. Es versteht sich, dass grundsätzlich alle Prüfbereiche 104 identische Flächen bzw. Flächenanteile oder individuell gewählte bzw. vorbestimmte Flächen bzw. Flächenanteile aufweisen können. Generell sind die Prüfberei- che 104 natürlich so zu wählen, dass ein aussagekräftiges Ergebnis ermittelt werden kann. Diejenigen Abschnitte eines Teilbereichs 14, die nicht innerhalb eines Prüfbereichs 104 liegen, können für die Temperaturprüfung entweder nicht oder beispielsweise durch Extrapolation oder Schätzung anhand von Erfahrungswerten berücksichtigt werden (Hochrechnungsbereiche 104'). Fig. 6 zeigt eine schematische Aufsicht der lokalen Heizvorrichtung 90 mit mehreren zugeordneten Heizbereichen 102, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich die kleinere Induktionsspule 92b dargestellt ist. Fig. 6 wird im Folgenden in Zusammenschau mit Fig. 7 erläutert werden, in welcher ein Diagramm einer Heizungs Steuerung der in Fig. 6 gezeigten Heizvorrichtung 90 und eines resultierenden Temperaturverlaufs in der Schicht 12 gezeigt ist. Die Steuerung der Heizleistung HL der Heizvorrichtung 90 kann beispielsweise durch die Steuereinrichtung 80 erfolgen. Die Heizungs Steuerung ist exemplarisch für vier prozessual aufeinander folgende Teilbereiche 14 gezeigt, die in Fig. 6 und Fig. 7 mit römischen Ziffern (I-IV) gekennzeichnet sind. Die mit I und II gekennzeichneten Teilbereiche 14 können dabei auch als Vorlauf bezeichnet werden, während der mit IV gekennzeichnete Teilbereich 14 und weitere Teilbereiche 14 innerhalb des Sichtfensters der Induktionsspule 92b als Nachlauf bezeichnet werden können, wodurch sich vorliegend ein Verhältnis von Vorlauf zu Nachlauf von etwa 2:3 ergibt. Von rechts nach links betrachtet, das heißt entgegen der Verfestigungsfortschrittsrichtung VR, erfolgt zunächst im Bereich I eine Vorerwärmung der Schicht 12 mittels der kleinen Induktionsspule 92b von einer Temperatur T2, auf welche die Schicht 12 bereits durch die große Induktionsspule 92a erwärmt wurde, auf eine höhere Temperatur T3, die im Bereich II herrscht. Die mit Hilfe der Prüfeinrichtung 70 ermittelte Temperaturkurve der Schicht 12 (Ist- Temperatur) ist da- bei vorliegend mit dem Bezugszeichen T gekennzeichnet. Im Bereich ΠΙ, das heißt im freigegebenen Teilbereich 14 bzw. im mit diesem vorliegend deckungsgleichen Verfestigungsbereich 16, erfolgt eine Verfestigung der Schicht 12 durch Bestrahlen mit einem Energiestrahl, wodurch die Temperatur von T3 auf T4 steigt. Im Bereich IV erfolgt dann eine Nachheizphase, wodurch die Temperatur auf den Wert T5 absinkt. Wie man in Fig. 7 sieht, wird dabei die Heizleistung HL, die in den Bereichen I, II und IV unmittelbar mit dem Temperaturverlauf T gekoppelt ist, im Bereich ΙΠ, das heißt im Verfestigungsbereich 16 reduziert, um dem zusätzlichen Energieeintrag durch den Energiestrahl Rechnung zu tragen. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich die tatsächliche Temperatur T der Schicht 12 stets in einem vorbestimmten Temperaturband bewegt, welches durch eine vorbestimmte Mindesttemperatur Tmin und eine vorbestimmte Höchsttempera- tur Tmax definiert werden kann. Dies stellt eine besonders prozesssichere Verfestigung der

Schicht 12 und eine qualitativ entsprechend hochwertige Bauteilschicht 10 sicher, da einerseits eine ausreichende Vorwärmung des Bauteilwerkstoffs 48 gewährleistet ist und andererseits eine unzulässige Erhitzung des Bauteilwerkstoffs 48 verhindert wird. Da der Verfestigungsbereich 16 abhängig von der jeweils verwendeten Prüfeinrichtung 70 möglicherweise nicht durch Thermo- graphie überwacht werden kann, erfolgt die Steuerung bzw. Regelung der Heizleistung HL beispielsweise durch Extrapolation, Berechnung und/oder anhand von Erfahrung s werten.

Fig. 8 zeigt eine schematische Aufsicht der lokalen Heizvorrichtung 90, wobei die kleine Induktionsspule 92b ihrer Längserstreckung nach senkrecht zu einer Verfestigungsfortschrittsrichtung VR der streifen- bzw. bandförmig angeordneten Teilbereiche 14 ausgerichtet sind. Die streifen- bzw. bandförmig angeordneten Teilbereiche 14 bilden damit formal einen segmentierten Belichtungsstreifen. Auch in Fig. 8 ist die große Induktionsspule 92a aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Man erkennt, dass bezogen auf die Verfestigungsfortschrittsrichtung VR vorlie- gend ein Verhältnis von Vorlauf: Nachlauf 3:2 beträgt. Es versteht sich, dass grundsätzlich auch andere Verhältnisse durch entsprechende Dimensionierung der Induktionsspulen 92a, 92b und/oder der Teilbereiche 14 eingestellt werden können. Beispielsweise kann ein Verhältnis von Vorlauf: Nachlauf 4:3 betragen.

Fig. 9 zeigt eine schematische Aufsicht der lokalen Heizvorrichtung 90, wobei die kleine Induktionsspule 92b anhand einer Referenz stelle RP gegenüber den Teilbereichen 14 ausgerichtet ist. Hierzu wird zunächst ein Mittelpunkt des Sichtbereichs der Induktionsspule 92b, beispielsweise über den Schnittpunkt der Diagonalen Dl, D2 ermittelt und mit Hilfe der Steuereinrichtung 80 mit einem globalen Koordinatensystem der Prozesskammer 30 korreliert. Weiterhin wird eine Mittellinie ML der entlang eines Belichtungs Streifens angeordneten Teilbereiche 14 im Sichtbereich der Induktionsspule 92b ermittelt. Die Teilbereiche 14 sind dabei im vorliegenden Beispiel rechteckig ausgebildet und weisen jeweils den gleichen Abstand d bzw. die gleichen Abmessungen auf. Durch Referenzierung der Mittellinie ML und des Mittelpunkts zueinander wird die Re- ferenzstelle RP ermittelt, mit deren Hilfe der jeweilige Verfestigungsbereich 16, der jeweilige Vor- und Nachlauf an Teilbereichen 14 und/oder die jeweiligen Prüfbereiche 104 bestimmt werden können. Beispielsweise kann durch die Referenzstelle RP formal ein Lot gefällt werden, welches dann senkrecht auf einer gegebenen Ausrichtung streifenförmig angeordneter Teilbereiche 14 steht. Parallelen zum Lot definieren dann Grenzen der zugeordneten Prüfbereiche 104 bzw. Teilbereiche 14.

Fig. 10 zeigt eine schematische Aufsicht der lokalen Heizvorrichtung 90, von der erneut lediglich die kleine Induktionsspule 92b dargestellt ist. Weiterhin sind mehrere Teilbereiche 14 dargestellt, welche erneut streifen- bzw. bandförmig in Verfestigungsrichtung X angeordnet sind. Man erkennt, dass die beiden exemplarisch gezeigten und prozessual nacheinander oder gleichzeitig ausgewerteten Prüfbereiche 104 einerseits nicht identisch mit ihren jeweiligen Teilbereichen 14 gewählt sind und andererseits miteinander in einem Überlappungsbereich 106 überlappen. Die Überlappung beträgt vorliegend 50 %, wobei grundsätzlich auch abweichende Werte über oder unter 50 % vorgesehen sein können. Weiterhin können grundsätzlich auch mehr als zwei Prüfbe- reiche 104 miteinander überlappen. Eine Überlappung von Prüfbereichen 104 ist generell dann sinnvoll, wenn die Prüfbereiche 104 eine verhältnismäßig große Fläche der Schicht 12 bzw. einen relativ großen Anteil des Sichtbereichs der kleinen Induktionsspule 92b repräsentieren. Fig. 11 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 28. Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele können mit Hilfe einer solchen, entsprechend eingerichteten Vorrichtung 28 durchgeführt werden, wobei die Vorrichtung 28 vorliegend als Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen 40 ausge- bildet ist. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtungen beschränkt ist, so dass die Vorrichtung 28 beispielsweise auch als Elektronenstrahlsinter- oder -Schmelzvorrichtung ausgebildet sein kann. Die Vorrichtung 28 wird im Folgenden - ohne eine Beschränkung der Allgemeinheit - daher auch als„Lasersintervorrichtung" bezeichnet.

Die Vorrichtung 28 weist eine Prozesskammer 30 bzw. einen Prozessraum 30 mit einer Kammerwandung 32 auf, in der im Wesentlichen der Fertigungsprozess abläuft. In der Prozesskammer 30 befindet sich ein nach oben offener Behälter 34 mit einer Behälterwandung 36. Die obere Öffnung des Behälters 34 bildet die jeweils aktuelle Arbeitsebene 38. Der innerhalb der Öffnung des Behälters 34 liegende Bereich dieser Arbeitsebene 38 kann zum Aufbau des Bauteils 40 verwendet werden und wird daher als Baufeld 42 bzw. als Aufbau- und Fügezone bezeichnet. Es reicht in der Regel aus, wenn sich die im Rahmen der Erfindung genutzten Prozessraum- Sensordaten SDS und Modelldaten auf den durch das Baufeld 42 jeweils (d. h. in der Arbeitsebene) definierten Bereich des Prozessraums 30, ggf. auch einen Teil davon, beziehen.

Der Behälter 34 weist eine in einer vertikalen Richtung XI bewegliche Grundplatte 44 auf, die auf einem Träger 47 angeordnet ist. Diese Grundplatte 44 schließt den Behälter 34 nach unten ab und bildet damit dessen Boden. Die Grundplatte 44 kann integral mit dem Träger 47 gebildet sein, sie kann aber auch eine getrennt von dem Träger 47 gebildete Platte sein und an dem Träger 47 befestigt oder auf diesem einfach gelagert sein. Je nach Art des als Aufbaumaterial verwendeten Bauteilwerkstoffs 48 und des Fertigungsprozesses kann auf der Grundplatte 44 eine Bauteilplattform 46 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Bauteil 40 aufgebaut wird. Grundsätzlich kann das Bauteil 40 aber auch auf der Grundplatte 44 selber aufgebaut werden, die dann die Bauteilplattform 46 bildet.

Der grundsätzliche Aufbau des Bauteils 40 erfolgt so, indem eine Schicht des pulverförmigen Bauteilwerkstoffs 48 oder Aufbaumaterials zunächst auf die Bauteilplattform 46 aufgebracht wird, dann - wie später erläutert - mit einem Laserstrahl 60 an den Stellen, welche Teile des zu fertigenden Bauteils 40 bilden sollen, der Bauteilwerkstoff 48 selektiv verfestigt wird, dann mit Hilfe des Trägers 47 die Grundplatte 44 und somit die Bauteilplattform 46 abgesenkt wird und eine neue Schicht des Bauteilwerkstoffs 48 aufgetragen und dann selektiv verfestigt wird. Diese Schritte werden bis zur Fertigstellung eines Bauteilsegments bzw. eines vollständigen Bauteils 40 wiederholt. Das in dem Behälter 34 auf der Bauteilplattform 46 aufgebaute Bauteil 40 ist vorliegend unterhalb der Arbeitsebene 38 in einem Zwischenzustand dargestellt. Es weist bereits mehrere verfestigte Schichten auf, umgeben von unverfestigt gebliebenem Bauteilwerkstoff 48. Als Bauteilwerkstoff 48 können verschiedene Materialien verwendet werden, vorzugsweise Pulver, insbesondere metallbasierte Pulver mit einem Metall- oder Metalllegierungsgehalt von min- destens 50 Vol.-%, oder auch gefüllte oder gemischte Pulver.

Frischer Bauteilwerkstoff 48 befindet sich in einem Vorratsbehälter 50 der Lasersintervorrichtung 28. Mit Hilfe eines in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichters 52 kann der Bauteilwerkstoff 48 in der Arbeitsebene 38 bzw. innerhalb des Baufelds 42 in Form einer dünnen Schicht 12 aufgebracht werden.

In der Prozesskammer 30 befindet sich eine grundsätzlich optionale Strahlungsheizung 54. Diese kann zum globalen Beheizen des aufgebrachten Bauteilwerkstoffs 48 dienen, so dass eine zusätzlich genutzte lokal wirkende Heizvorrichtung 90 ein geringeres Maß an Energie einbringen kann. Das heißt, es kann beispielsweise mit Hilfe der Strahlungsheizung 54 schon eine Menge an

Grundenergie in den Bauteilwerkstoff 48 eingebracht werden, welche natürlich noch unterhalb der notwendigen Energie ist, bei der der Bauteilwerkstoff 48 sintert oder sogar verschmilzt . Als Strahlungsheizung 54 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler genutzt werden. Zum selektiven Verfestigen weist die Lasersintervorrichtung 28 eine Bestrahlungsvorrichtung 56 bzw. in dem hier beschriebenen Beispiel eine Belichtungs Vorrichtung 56 mit einer als Laser ausgebildeten Energiequelle 58 auf. Dieser Laser 58 erzeugt den Laserstrahl 60, der über eine Umlenkvorrichtung 62 umgelenkt wird, um so die gemäß der Belichtungsstrategie vorgesehenen Belichtungspfade oder Spuren in der jeweils selektiv zu verfestigenden Schicht abzufahren und se- lektiv die Energie einzubringen. Weiter wird dieser Laserstrahl 60 durch eine Fokus siereinrich- tung 64 auf die Arbeitsebene 38 in geeigneter Weise fokussiert. Die Bestrahlungs Vorrichtung 56 befindet sich hier vorzugsweise außerhalb der Prozesskammer 30 und der Laserstrahl 60 wird über ein an der Oberseite der Prozesskammer 30 in der Kammerwandung 32 angebrachtes Einkoppelfenster 66 in die Prozesskammer 30 geleitet.

Die Bestrahlungs Vorrichtung 56 kann beispielsweise nicht nur einen, sondern mehrere Laser 58 bzw. Laserstrahlen 60 umfassen. Vorzugsweise kann es sich hierbei um Gas- oder Festkörperlaser handeln. Alternativ oder zusätzlich sind grundsätzlich auch ein oder mehrere Elektronen- Strahlquellen als Bestrahlungs Vorrichtung 56 denkbar.

Die Lasersintervorrichtung 28 enthält weiterhin eine Sensoranordnung oder Prüfeinrichtung 70, welche dazu geeignet ist, eine während des Auftreffens des Laserstrahls 60 auf dem Bauteilwerkstoff 48 in der Arbeitsebene 38 emittierte Prozessstrahlung zu erfassen und einen die Temperatur der Arbeitsebene 38 charakterisierenden Messwert zu ermitteln. Diese Prüfeinrichtung 70 arbeitet dabei ortsaufgelöst, d. h. sie ist vorliegend in der Lage, eine Art Emissionsbild der jeweiligen Schicht zu erfassen. Vorzugsweise umfasst die Prüfeinrichtung 70 eine Kamera, beispielsweise eine Thermographiekamera, welche im Bereich der emittierten Strahlung ausreichend sensitiv ist. Alternativ oder zusätzlich könnten auch ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung einer optischen und/oder thermischen Prozessstrahlung genutzt werden, z. B. Photodioden, welche die von dem auftreffenden Laserstrahl 60 emittierte elektromagnetische Strahlung erfassen, oder Temperaturfühler zum Erfassen einer emittierten thermischen Strahlung. Eine Zuordnung des Signals eines selbst nicht ortsauflösenden Sensors zu den Koordinaten wäre möglich, indem die Koordinaten, die für die Ansteuerung des Laserstrahls 60 genutzt werden, dem Sensorsignal jeweils zeitlich zugeordnet werden. Vorliegend ist die Prüfeinrichtung 70 innerhalb der Prozesskammer 30 angeordnet. Sie könnte sich aber auch außerhalb der Prozesskammer 30 befinden und die Prozessstrahlung dann durch ein weiteres Fenster in der Prozesskammer 30 bzw. Kammerwandung 32 erfassen.

Die von der Prüfeinrichtung 70 erfassten Signale werden als Prozessraum-Sensordatensatz SDS hier an eine Steuereinrichtung 80 der Vorrichtung 28 übergeben, welche auch dazu dient, die verschiedenen Komponenten der Vorrichtung 28 zur gesamten Steuerung des additiven Ferti- gungsprozesses anzusteuern und welche dazu eingerichtet ist, mindestens ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Hierzu weist die Steuereinrichtung 80 eine Prozessoreinrichtung 82 auf, welche in üblicher Weise die Komponenten der Bestrahlungs vor- richtung 56, nämlich hier den Laser 58, die Umlenkvorrichtung 62 und die Fokus siereinrichtung 64, ansteuert und hierzu an diese entsprechend Bestrahlungs Steuerdaten BS übergibt.

Die Steuereinrichtung 80 steuert bzw. regelt auch mittels geeigneter Erwärmungs Steuerdaten HS die Strahlungsheizung 54 an, mittels Beschichtungs Steuerdaten SD den Beschichter 52 und mittels Trägersteuerdaten TD die Bewegung der Bauteilplattform 46 in der Richtung XL Weiterhin steuert bzw. regelt die Steuereinrichtung 80 mittels Heizdaten HD die Heizvorrichtung 90, mittels welcher Heizbereiche 102 in der Aufbau- und Fügezone 42 lokal erwärmt werden können. Die Heizvorrichtung 90 kann beispielsweise wie in Fig. 3 gezeigt als Induktionsheizung ausge- bildet sein und eine über das Baufeld 42 verfahrbare Anordnung aus einer großen Induktionsspule 92a sowie einer kleinen Induktionsspule 92b aufweisen, wobei die kleine Induktionsspule 92b zusätzlich innerhalb der großen Induktionsspule 92a verfahrbar ist, so dass die beiden Induktionsfelder selektiv überlagert werden können. Denkbar sind aber auch andere Ausgestaltungen der lokalen Heizvorrichtung 90.

Die Steuereinrichtung 80 ist hier z. B. über ein Bussystem 84 oder eine andere kabelgebundene und/oder kabellose Datenverbindung zum Datenaustausch mit einer Rechnereinrichtung 86 mit einem Display oder einem sonstigen Mensch-Maschine-Interface gekoppelt. Über diese Rechnereinrichtung 86 kann ein Bediener die Steuereinrichtung 80 und somit die gesamte Vorrichtung 28 steuern und/oder regeln. Insbesondere kann auf dem Display der Rechnereinrichtung 86 auch der Prozessraum-Sensordatensatz SDS in geeigneter Weise visualisiert werden.

Es wird an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine als Laserschmelz- und/oder Lasersinteranlage ausgebildete Vorrichtung 28 bzw. eine Vorrichtung 28 zum Durchführen eines Laserschmelz- und/oder -sinterverfahrens beschränkt ist. Sie kann auf beliebige andere Verfahren zum generativen bzw. additiven Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils durch, insbesondere schichtweises, Aufbringen und selektives Verfestigen eines Bauteilwerkstoffs 48 angewendet werden, wobei ein Energiestrahl zum Verfestigen auf den zu verfestigenden Bauteilwerkstoff 48 abgegeben wird. Dementsprechend kann auch die Be- Strahlung s Vorrichtung 56 nicht nur, wie hier beschrieben, ein Laser 58 sein, sondern es könnte jede Einrichtung verwendet werden, mit der Energie als Wellen- und/oder Teilchenstrahlung selektiv auf bzw. in den Bauteilwerkstoff 48 gebracht werden kann. Beispielsweise könnte anstelle eines Lasers eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl etc. verwendet werden. Auch wenn in Fig. 10 nur ein einzelnes Bauteil 40 dargestellt wird, ist es möglich und in der Regel auch üblich, mehrere Bauteile 40 in der Prozesskammer 30 bzw. im Behälter 34 während eines Bauvorgangs, d. h. innerhalb eines ähnlichen Zeitraums, herzustellen.

Zusammenfassend können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 28, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist, verschiedene additive Herstellungsvarianten durchgeführt und entsprechende Vorteile im Hinblick auf Prozesssicherheit und Bauteilqualität einer entsprechend hergestellten Bauteil- schicht 10 bzw. eines kompletten Bauteils 40 erzielt werden. Die Erfindung stellt damit eine einfache und effektive Lösung des Problems einer Abstimmung von fortlaufendem Beheizen und fortlaufendem Bestrahlen potenziell unregelmäßiger Flächen bereit, welche die Ziele einer sicheren und schnellen Durchführung des Prozesses kombiniert und die additive Herstellung von Bauteilschichten 10 mit maximaler Schichtqualität ermöglicht.

Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen - beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen - als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzuse- hen.

Bezugszeichenliste:

10 Bauteilschicht

12 Schicht

14 Teilbereich

16 Verfestigungsbereich

28 Vorrichtung

30 Prozesskammer

32 Kammerwandung 34 Behälter

36 Behälterwandung

38 Arbeitsebene

40 Bauteil

42 Aufbau- und Fügezone 44 Grundplatte

46 Bauteilplattform

47 Träger

48 Bauteil Werkstoff 50 Vorratsbehälter 52 Beschichter

54 Strahlungsheizung

56 Bestrahlungsvorrichtung

58 Energiequelle

60 Laserstrahl

62 Umlenkvorrichtung

64 Fokussiereinrichtung

66 Einkoppelfenster

70 Prüfeinrichtung

80 Steuereinrichtung 82 Prozessoreinrichtung

84 Bussystem

86 Rechnereinrichtung

90 Heizvorrichtung 92a Induktionsspule

92b Induktionsspule

102 Heizbereich

104 Prüfbereich

104' Hochrechnungsbereich

106 Überlappungsbereich

HL Heizleistung

SDS Sensordatensatz

SD Beschichtungssteuerdaten

HD Heizungs steuerdaten

BS Bestrahlungssteuerdaten

HS Erwärmungs steuerdaten

TD Trägersteuerdaten

RP Referenzstelle

VR Verfestigungsfortschrittsrichtung

d Abstand bzw. Abmessung des Teilbereichs 14

Dl, D2 Diagonale

H Bewegungsrichtung des Beschichters 52

ML Mittellinie

Tl, T2, T3, T4, T5 Temperatur

Tmin Mindesttemperatur

Tmax Höchsttemperatur

T Temperaturverlauf

I, Π, ΠΙ, IV Bereich

XI Bewegungsrichtung der Grundplatte 44

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum additiven Herstellen wenigstens einer Bauteilschicht (10) eines Bauteils (40), folgende Schritte umfassend:

a) Erzeugen mindestens einer Schicht (12) aus einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff (48) im Bereich einer Aufbau- und Fügezone (42);

b) Unterteilen von Modelldaten der Schicht (12) in virtuelle Teilbereiche mittels einer Steuereinrichtung (80);

c) Auswählen wenigstens eines der virtuellen Teilbereiche mittels der Steuereinrichtung (80);

d) Lokales Erwärmen zumindest eines Heizbereichs (102) in einem mit dem ausgewählten virtuellen Teilbereich korrespondierenden realen Teilbereich (14) der Schicht (12) mittels einer Heizvorrichtung (90);

e) Prüfen, ob eine Temperatur der Schicht (12) zumindest in einem vorbestimmten Prüfbereich (104, 104') eine vorbestimmte Mindesttemperatur (Tmin) aufweist; und f) lokales Verfestigen der Schicht (12) zumindest in einem vorbestimmten Verfestigungsbereich (16) durch selektives Bestrahlen mittels wenigstens eines Energiestrahls (60) einer Energiequelle (58), wenn die Schicht (12) im Prüfbereich (104, 104') zumindest die vorbestimmte Mindesttemperatur (Tmin) aufweist.

Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Heizvorrichtung (90) selektiv zu einem Zeitpunkt ein Teilvolumen eines Gesamtvolumens des pulverförmigen Bauteilwerkstoffs (48) in einem Baubehälter (34) auf die vorbestimmte Mindesttemperatur (Tmin) erwärmt, wobei das Teilvolumen mindestens 0,01%, vorzugsweise mindestens 0,1%, besonders bevorzugt mindestens 1% und/oder höchstens 50%, vorzugsweise höchstens 30%, besonders bevorzugt höchstens 10% eines Flächeninhalts einer Arbeitsebene (38) in der Aufbau- und Fügezone (42) umfasst.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

wenigstens zwei Bereiche aus der Gruppe realer Teilbereich (14), Heizbereich (102), Prüfbereich (104, 104') und Verfestigungsbereich (16) zumindest im Wesentlichen iden- tisch gewählt werden und/oder dass wenigstens ein Bereich aus der Gruppe realer Teilbereich (14), Heizbereich (102), Prüfbereich (104, 104') und Verfestigungsbereich (16) eine Teilmenge und/oder eine Schnittmenge eines anderen Bereichs aus dieser Gruppe ist und/oder dass wenigstens zwei prozessual aufeinanderfolgende Bereiche aus der Gruppe realer Teilbereich (14), Heizbereich (102), Prüfbereich (104, 104') und Verfestigungsbereich (16) miteinander überlappen.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest die Schritte c) bis f) für zwei oder mehr Teilbereiche (14), insbesondere für alle zu verfestigenden Teilbereiche (14) der Schicht (12) durchgeführt werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

wenigstens einer der Schritte c) bis e) während Schritt f) für wenigstens einen weiteren Teilbereich (14) durchgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Schicht (12) im Heizbereich (102) des weiteren Teilbereichs (14) derart erwärmt wird, dass der Heizbereich (102) des weiteren Teilbereichs (14) zumindest die vorbestimmte Mindesttemperatur (Tmin) aufweist, sobald die Bestrahlung des vorhergehenden Teilbereichs (14) abgeschlossen ist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

Schritt f) erst dann zum ersten Mal für die Schicht (12) durchgeführt wird, wenn wenigstens eine vorbestimmte Mindestanzahl von Teilbereichen (14) ausgewählt und die zugeordneten Heizbereiche (102) auf ihre jeweils vorbestimmte Mindesttemperatur (Tmin) erwärmt wurden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Teilbereich (14) mittels der Steuereinrichtung (80) ausgewählt und der dem weiteren Teilbereich (14) zugeordnete Heizbereich (102) mittels der Heizvorrichtung (90) erwärmt wird, wenn eine vorbestimmte Höchstanzahl an verfestigten und/oder auf ihre jeweils vorbestimmte Mindesttemperatur erwärmten Teilbereichen (14) erreicht oder überschritten wurde.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Steuereinrichtung (80) die Heizvorrichtung (90) und die Energiequelle (58) in Abhängigkeit voneinander steuert und/oder regelt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Verfestigungsbereich (16) während und/oder nach Schritt f) mittels der Heizvorrichtung (90) erwärmt wird und/oder dass das Erwärmen des Verfestigungsbereichs (16) mittels der Heizvorrichtung (90) vor, während oder nach Schritt f) abgebrochen oder gegenüber einer Erwärmung in Schritt d) reduziert wird.

11. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine vorbestimmte Mindesttemperatur (Tmin) und/oder eine vorbestimmte Höchsttemperatur (Tmax) bzw. ein vorbestimmter Temperaturverlauf für eine Anzahl von Prüfbereichen (104, 104') und/oder Verfestigungsbereichen (16) jeweils in Abhängigkeit einer Fläche und/oder einer Geometrie und/oder einer angestrebten Mikrostruktur eines zu verfestigenden oder verfestigten Bauteilquerschnitts bzw. Abschnitts des Bauteilquerschnitts gewählt wird bzw. werden, wobei die Mindesttemperatur (Tmin) und/oder die Höchsttemperatur (Tmax) und/oder der Temperaturverlauf vorzugsweise separat für jeden Prüfbereich (104, 104') und/oder Verfestigungsbereich (16) festgelegt wird bzw. werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Steuereinrichtung (80) die Heizvorrichtung (90) derart steuert und/oder regelt, dass ein bereits lokal verfestigter Teilbereich (14) mindestens eine vorbestimmte Mindesttem- peratur (Tmin) aufweist und/oder höchstens eine vorbestimmte Höchsttemperatur (Tmax) aufweist.

13. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Relativbewegung des Heizbereichs (102) der Heizvorrichtung (90) und des verfestigten Teilbereichs (14) um eine Distanz und/oder in einer Richtung, durch welche der Teilbereich (14) einen maximalen Wirkbereich der Heizvorrichtung (90) verlässt, der eine Erwärmung des Teilbereichs (14) auf einen Temperaturwert von mindestens 1000 °C und/oder von mindestens 70% der Schmelztemperatur in °C des aktuell verwendeten Bauteilwerkstoffs (48) erlaubt, in Abhängigkeit eines positiven Prüfens daraufhin erfolgt, ob die Temperatur zumindest eines vorbestimmten Abschnitts des verfestigten Teilbereichs (14) dem vorgegebenen Temperaturverlauf und/oder höchstens der vorbestimmten Höchsttemperatur (Tmax) entspricht.

14. Vorrichtung (28) zur additiven Herstellung zumindest einer Bauteilschicht (10) eines Bauteils (40), insbesondere eines Bauteils (40) einer Strömungsmaschine, umfassend: mindestens einen Beschichter (52) zum Erzeugen von mindestens einer Schicht (12) aus einem pulverförmigen Bauteilwerkstoff (48) im Bereich einer Aufbau- und Fügezone (42);

mindestens eine Energiequelle (58) zum Erzeugen wenigstens eines Energiestrahls (60), mittels welchem die Schicht (12) im Bereich der Aufbau- und Fügezone (42) lokal zur Bauteilschicht (10) verfestigbar ist;

mindestens eine Heizvorrichtung (90), mittels welcher die Schicht (12) lokal erwärmbar ist; und

mindestens eine Prüfeinrichtung (70), mittels welcher eine Temperatur der Schicht (12) prüfbar ist;

dadurch gekennzeichnet, dass

diese eine Steuereinrichtung (80) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, Modelldaten der Aufbau- und Fügezone (42) in virtuelle Teilbereiche zu unterteilen, wenigstens einen der virtuellen Teilbereiche auszuwählen, zumindest einen Heizbereich (102) in einem mit dem ausgewählten virtuellen Teilbereich korrespondierenden realen Teilbereich (14) der Schicht (12) mittels der Heizvorrichtung (90) lokal zu erwärmen, mittels der Prüfeinrich- tung (70) zu prüfen, ob eine Temperatur der Schicht (12) zumindest in einem vorbestimmten Prüfbereich (104, 104') eine vorbestimmte Mindesttemperatur (Tmin) aufweist, und die Schicht (12) zumindest in einem vorbestimmten Verfestigungsbereich (16) durch selektives Bestrahlen mittels des wenigstens einen Energiestrahls (60) lokal zu verfesti- gen, wenn die Schicht (12) im Prüfbereich (104, 104') zumindest die vorbestimmte Mindesttemperatur (Tmin) aufweist.

15. Speichermedium mit einem Programmcode, der dazu ausgebildet ist, bei Ausführen

durch eine Steuereinrichtung (80) eine Vorrichtung (28) gemäß Anspruch 14 so zu steuern, dass diese ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchführt.