EP4106937A1 - Laser-center-dependent exposure strategy - Google Patents

Laser-center-dependent exposure strategy

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Publication number
EP4106937A1
EP4106937A1 EP21706253.8A EP21706253A EP4106937A1 EP 4106937 A1 EP4106937 A1 EP 4106937A1 EP 21706253 A EP21706253 A EP 21706253A EP 4106937 A1 EP4106937 A1 EP 4106937A1
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EP
European Patent Office
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center
trajectories
projection
solidification
section
Prior art date
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Pending
Application number
EP21706253.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sarah Brandt
Alexander Frey
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EOS GmbH
Original Assignee
EOS GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4106937A1 publication Critical patent/EP4106937A1/en
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Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling an energy input device of an additive manufacturing device, a correspondingly adapted additive manufacturing method, a corresponding device for controlling an energy input device of an additive manufacturing device, a correspondingly adapted additive manufacturing device and an object produced by the correspondingly adapted additive manufacturing method.
  • Additive manufacturing devices and associated methods to which the invention relates are generally characterized in that objects are manufactured in them layer by layer by solidifying a shapeless construction material (eg a metal or plastic powder).
  • a shapeless construction material eg a metal or plastic powder.
  • the solidification can be brought about, for example, by supplying thermal energy to the building material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation (eg laser sintering (SLS or DMLS) or laser melting or electron beam melting).
  • electromagnetic radiation or particle radiation eg laser sintering (SLS or DMLS) or laser melting or electron beam melting.
  • SLS or DMLS laser sintering
  • laser melting laser melting
  • a laser beam is moved over those points of a layer of the building material which correspond to the object cross-section of the object to be produced in this layer, so that the building material is solidified at these points.
  • the building material After the building material has been melted or sintered at one point by the supply of thermal energy, the building material is no longer in a shapeless state, but as a solid body after cooling. After all points of an object cross-section to be solidified have been scanned, a new layer of the building material is applied and also solidified at the points corresponding to the cross-section of the object in this layer.
  • impurities e.g. metal vapors, smoke or spatter
  • Such impurities are undesirable since they can lead, for example, to an undesirable scatter in the mechanical properties of the objects produced.
  • attempts are therefore made to minimize the effects of these impurities on the properties of a manufactured object by directing a gas stream over the point to be solidified during the scanning process.
  • the object is achieved by a method for controlling an energy input device according to claims 1, 5 and 10, an additive manufacturing method according to claim 24, a device for controlling an energy input device according to claims 25, 26 and 27, an additive manufacturing device according to claim 28 and an object according to Claim 29.
  • Further developments of the invention are claimed in the dependent claims.
  • a device according to the invention can also be further developed by the features of the method according to the invention below or as set out in the dependent claims vice versa.
  • the features described in connection with a device according to the invention can also be used to develop another device according to the invention, even if this is not explicitly stated.
  • Additive manufacturing devices and methods to which the present invention relates are in particular those in which energy is selectively supplied as electromagnetic radiation or particle radiation to a layer of a shapeless building material.
  • the working level (also referred to as the construction level) is a level in which the top of the layer to which the energy is supplied lies.
  • the energy input device can have a laser or an electron beam source, for example.
  • the radiation supplied to the building material heats it up and thereby causes a sintering or melting process.
  • the present invention relates to laser sintering, laser melting, and electron beam melting devices and their associated methods.
  • one application of the invention is in connection with additive manufacturing methods and devices in which a metallic or at least metal-containing construction material is used, for example a metal powder or metal alloy powder , of particular advantage.
  • beam is used here instead of “beam” in order to express that the diameter of the beam does not necessarily have to be very small, in particular if the radiation strikes the building material at an angle or but radiation is used, which is intended to cover a larger surface area when it hits the building material.
  • a beam deflection center can be, for example, a scanner with one or more galvanometer mirrors for deflecting a laser beam.
  • Several different bundles of rays can also be assigned to one and the same bundle of rays deflection center or scanner, which e.g. are directed alternately from this bundle of rays to the construction plane, although normally one bundle of rays to be directed to the plane of construction is assigned to a bundle of rays deflection center.
  • a plumb line can be set up on the building level which passes through a point of the beam deflection center from which the beam directed by the beam deflection center onto the building plane starts. The projection center is then that place in the building plane at which the plumb bob was erected that in the case of several bundles of rays which are assigned to a bundle of rays deflection center, any differences in position of the points at which the bundles of rays originate are negligible.
  • the energy input device is controlled based on a data model of an object cross-section in such a way that the points to be consolidated corresponding to the object cross-section are provided by the energy input device Building material necessary energy is supplied.
  • the chronological order in which the points are to be solidified i.e. a scan line or a trajectory in the building plane along which the beam is to be moved, is specified and the number of beam deflection centers for moving the beam bundles assigned to them is controlled accordingly .
  • a trajectory of a beam bundle that is predetermined when the energy input device is activated corresponds to a solidification path in the building plane, along which the building material is to be solidified by displacing the melt pool in a direction essentially parallel to the building plane.
  • so much energy is supplied to the, preferably powdery or pasty, building material at a solidification point by the beam that the building material sintered or completely melted at this point as a result of exceeding a melting temperature, i.e. a solidus and / or liquidus temperature, in order to then cooled state no longer in the formless state, but to be present as a solid.
  • Consolidation tracks are therefore areas in which, when the building material is scanned by the at least one beam, consolidation and not just heating of the same is actually brought about.
  • a consolidation sheet can e.g. B. be a straight stretch of a certain width, but there are also cases in which when moving a beam along the consolidation path one or more changes in direction take place, in particular the consolidation path is geometrically as a curved line of a certain width. If in the present application reference is made to scanning with a beam, then this always means an action of the beam on the building material, which causes a solidification of at least one top layer of the building material, i.e. not just preheating or reheating the building material.
  • a section of an object cross-section to which the invention relates does not necessarily have to relate only to a partial area of an object cross-section or a single object cross-section, but can also encompass the entire object to be produced.
  • the object is produced by means of the additive Manufacturing device produced by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building level by means of the energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, by connecting these solidification points with a number of from the energy input device provided ray bundles are scanned along a plurality of trajectories in the building plane, each of the number of ray bundles being assigned a ray bundle deflection center above the building plane, from which this ray bundle is directed onto the building plane, a projection center being assigned to each ray bundle deflection center, which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center on the building plane, wherein at least in a section of an object cross section, the directions of the motion vectors of the number A number of beam bundles when scanning the traject
  • a connection vector from a consolidation point to the projection center is a vector directed along the shortest possible straight connecting line between the consolidation point and the projection center to the projection center, the length of which corresponds to the distance between the consolidation point and the projection center.
  • objects with improved homogeneity can be produced additively. This applies not only to the homogeneity of the material properties within an object, but also with regard to the reproducibility of the properties from object to object when the same objects are manufactured at different locations in the additive manufacturing device at the same time.
  • the inventors explain this by the fact that, during a manufacturing process, the beam bundle is almost always at an angle different from 90 ° Angle hits the building plane. The beam bundle actually only hits the projection center at right angles. According to the findings of the inventors, if the bundle of rays impinges at an angle, there may be a displacement of build-up material at the solidification point.
  • the inventors were able to observe that when the bundle of rays impinging at an angle, the more build-up material is displaced, the more pronounced the movement of the bundle of rays away from the projection center.
  • a displacement of building material leads to the fact that the solidified material volume fluctuates, which results in an inhomogeneity of the mechanical properties. Avoiding directions of movement of the beam that essentially point away from the projection center therefore has advantages. In particular, these advantages arise independently of the respective orientation of a gas flow over the construction field with respect to the motion vector of a beam.
  • the predetermined maximum angle g1 preferably has a value that is less than or equal to 135 °, preferably less than or equal to 90 °.
  • a maximum angle of 90 ° is preferably chosen. However, even with a maximum angle between 90 ° and 135 °, satisfactory results can still be achieved. The lower the maximum angle, the better results can be achieved. Therefore, depending on the quality requirements, a maximum angle of 75 °, 60 °, 45 °, etc. can also be selected.
  • different maximum angles g1 are defined for different values of a beam deflection angle a, with a beam deflection angle being defined as the arctangent of the quotient of the distance between the solidification point and the projection center and the length of the projection line of the beam deflection center, the projection line of the beam Deflection center is a plumb line precipitated on the building level, which connects the projection center with the beam deflection center.
  • a beam deflection angle a is defined here as the angle between the direction of propagation of the beam and the perpendicular to the building plane. The more obliquely the beam strikes the building plane, i.e. the larger the beam deflection angle a, the more pronounced the effects will be when the beam strikes the building material (in particular a material displacement) and the smaller the maximum angle g1 should be selected. It is therefore advantageous to use a smaller maximum angle g1 as a basis in regions which are further away from the projection center of a beam deflection center. It is already advantageous if at least two different values of the maximum angle g1 are used as a basis, whereby a gradation with three, four or five different values of the maximum angle g1 depending on the beam deflection angle a leads to even better results.
  • At least two adjacent trajectories are scanned in the same or different directions, and different beam bundles are used to scan adjacent trajectories.
  • a scanning process can then proceed more quickly because, regardless of the temporal advantage of simultaneous scanning of different points of the object cross-section for each solidification point, that beam can always be selected for scanning which, due to the position of the associated projection center, is favorable for implementing the preferred mode of exposure.
  • it is then possible to scan neighboring trajectories in alternating directions, it being possible for this to be carried out with an increased time offset, if necessary.
  • the directions of the motion vectors of the number of beam bundles when scanning the trajectories are preferably set in the at least one section of an object cross section such that a directional component of the gas flow is opposite to the direction of the motion vectors of the number of beam bundles.
  • the angle between each of the motion vectors and the direction of the gas flow can be greater than 90 °, preferably greater than 135 °, more preferably greater than 150 °.
  • the optimal case would be if the direction of the gas flow were exactly opposite to that of the motion vectors.
  • the object is manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building plane by means of the energy input device by supplying radiant energy Solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, in that these solidification points are scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane, each of the number of beam bundles having a beam deflection center above is assigned to the building level from which the beam is directed onto the building level, with each beam deflection center having a projection center is assigned which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center on the building plane, whereby at least one section of an object cross-section is solidified, sub-area by sub-area, wherein in at least one of the sub-areas, the solidification points of which are
  • the sub-areas mentioned can in principle have any shape.
  • a rectangular or square shape is preferably chosen, since then the trajectories in a partial area are often of the same length or essentially the same length, as a result of which better homogeneity can be achieved during solidification.
  • Two trajectories are essentially parallel when they are parallel to one another for at least 80%, preferably at least 95% of the length of the shorter of the two.
  • an average value of the distances of all points on a trajectory to the projection center can be defined as the distance of the trajectory from the projection center.
  • the minimum of the distances of all points on a trajectory from the projection center is defined as the distance of the trajectory from the projection center.
  • the advantage results from the fact that a non-isotropic deposition of material is taken into account when a beam of rays hits the building plane at an angle.
  • impurities eg partially melted material
  • the directions of the motion vectors along the trajectories are set so that at each of the solidification points the motion vector has an angle with respect to a connection vector from this solidification point to the projection center of the beam used for this sub-area, which is smaller than a predetermined maximum angle g1.
  • the procedure described combines the advantages of an advantageous choice of the direction of the motion vector when scanning the trajectories with those of an advantageous choice of the scanning sequence of the trajectories, so that even more homogeneous components can be achieved.
  • a maximum angle g1 of 90 ° is preferably chosen. However, even with a maximum angle between 90 ° and 135 °, satisfactory results can still be achieved. The lower the maximum angle, the better results can be achieved. Therefore, depending on the quality requirements, a maximum angle of 75 °, 60 °, 45 °, etc. can also be selected.
  • a reference point connection vector is preferably constructed from a reference point on the respective trajectory, preferably from a starting point of the respective trajectory, to the projection center and the length of the component of the perpendicular to the trajectory Reference point connection vector determined, whereby it is established that for each two trajectories in which the length of the component perpendicular to the trajectory differs, that trajectory is closer to the projection center of the beam, in which the length of the component perpendicular to the trajectory is smaller is.
  • a reference point on a trajectory is a point whose distances from the start and end points of the trajectory meet a predefined ratio. In particular, this can be the starting point or the end point of the trajectory. If neighboring trajectories are traversed in opposite directions, the reference point can, for example, be defined as that point which is at the same distance from the starting point and the end point.
  • the procedure described for determining the distances between the trajectories and the projection center is particularly advantageous when the trajectories are not perpendicular to the connection vectors from the projection center to the respective starting points of the trajectories.
  • the motion vector at at least one solidification point an angle with respect to a connection vector from this solidification point to the projection center of the beam bundle used, which is greater than a predetermined minimum angle g2.
  • the motion vector of the beam when scanning the trajectories has a small angle with respect to the connection vector of a solidification point on the trajectory to the projection center, then when it hits at an angle of the beam on the building level, the impurities are deposited approximately along the trajectory itself. An impairment of neighboring trajectories is then not so great. It is therefore sensible to define a minimum angle g2 and to determine a specific sequence for scanning the trajectories only when this minimum angle is exceeded.
  • a value of 45 ° can preferably be selected for the minimum angle, more preferably a value of 60 °, even more preferably a value of 75 °.
  • different minimum angles g2 are set for different values of a beam deflection angle a, a beam deflection angle being defined as the arctangent of the quotient of the distance between the solidification point and the projection center and the length of the projection line of the beam deflection center, the projection line of the beam deflection center being defined on the construction plane is a precipitated plumb line that connects the projection center with the beam deflection center.
  • a beam deflection center is preferably selected for scanning the solidification points in the at least one of the subregions, for which a directional component of the gas flow from the Shows solidification points to the projection center assigned to the beam deflection center.
  • the angle between the direction of the gas flow and the connecting line between the solidification point and the projection center can be selected to be less than 90 °, preferably less than 45 °, more preferably less than 30 °.
  • the optimal case would be when the gas flow points exactly to the center of the projection.
  • the object is manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building plane by means of the energy input device by supplying radiant energy Solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, in that these solidification points are scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane, each of the number of beam bundles having a beam deflection center above is assigned to the building level from which the beam is directed onto the building level, with a projection center for each beam deflection center which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center onto the building plane, with at least one section of an object cross-section being solidified, sub-area by sub-area, the chronological sequence of the scanning of sub-areas whose solidification points are scanned with a beam
  • the sub-areas mentioned can in principle have any shape. Furthermore, the sub-areas can in principle have any shape and the areas of the different sub-areas can also be of different sizes. Furthermore, the building material does not necessarily have to be solidified along straight trajectories within the partial areas. Scanning along a cycloid path would also be conceivable (referred to as "wobbling" in technical jargon).
  • a rectangle or square shape of the sub-areas is preferably selected at the same time
  • a parallel course of two trajectories exists when they are parallel to one another for at least 80%, preferably at least 95% of the length of the shorter of the two. that are adjacent to each other without any gaps.
  • a mean value of the distances from all points to be solidified within a sub-area from the projection center can be defined as the distance of the sub-area from the projection center.
  • the advantage also results from the fact that a non-isotropic or spatially unevenly distributed deposit of impurities is taken into account when a beam hits the building plane at an angle.
  • the impurities are preferred to the Projection center deposited in the building level.
  • the motion vector at each of the solidification points preferably has an angle with respect to a connection vector from this solidification point to the projection center of the beam used for this partial area, which is smaller than a predetermined maximum angle g1.
  • the procedure described combines the advantages of an advantageous choice of the direction of the motion vector when scanning the trajectories with those of an advantageous choice of the scanning sequence of the partial areas, so that even more homogeneous components can be achieved.
  • a maximum angle g1 of 90 ° is preferably chosen. However, even with a maximum angle between 90 ° and 135 °, satisfactory results can still be achieved. The lower the maximum angle, the better results can be achieved. Therefore, depending on the quality requirements, a maximum angle of 75 °, 60 °, 45 °, etc. can also be selected.
  • the sequence of scanning of the trajectories is set in such a way that trajectories that are closer to the projection center of the beam are scanned before trajectories that are further away from the projection center .
  • an average value of the distances of all points on a trajectory to the projection center can be defined as the distance of the trajectory from the projection center.
  • the minimum of the distances of all points on a trajectory to the projection center is defined as the distance of the trajectory from the projection center.
  • the procedure described combines the advantages of an advantageous selection of the scanning sequence of the trajectories within a sub-area, preferably within each of the sub-areas, with those of an advantageous selection of the scanning sequence of the sub-areas, whereby more homogeneous components can be achieved.
  • the minimum of the distances between the solidification points in the partial area from the projection center is used as the measure for the distance of a sub-area from the projection center.
  • a scanning sequence of the sub-areas can be defined in a simple manner.
  • the section further preferably has a plurality of sub-areas which have a rectangular shape in a plan view of the building plane, the trajectories in the section running essentially parallel to one another and essentially parallel to the transverse sides of the sub-areas, with one as a measure of the distance Subarea from the projection center the length of a perpendicular from the projection center to a straight line running through a subarea parallel to a longitudinal side is used.
  • a scanning sequence can be established in a defined manner, in particular for rectangular sub-areas lying next to one another.
  • the longitudinal sides of the plurality of subregions in the different layers have a changed orientation in the building plane.
  • a changed orientation of the sub-areas in the building plane from layer to layer can lead to a reduction in the anisotropy of the properties of the manufactured objects.
  • a slice rotation angle d by which the subregions are rotated from slice to slice, can be defined as a function of a maximum angle g1 and / or minimum angle g2 predetermined for the subregions.
  • the motion vector has one at a solidification point Angle with respect to a straight connecting line from this solidification point to the projection center of the beam bundle used, which is greater than a predetermined minimum angle g2.
  • a value of 45 ° can preferably be selected for the minimum angle, more preferably a value of 60 °, even more preferably a value of 75 °.
  • a beam deflection center is preferably selected for scanning the solidification points in the at least one section of an object cross-section, for which a directional component of the gas flow points from the solidification points to the projection center assigned to the beam deflection center.
  • the angle between the direction of the gas flow and the connecting line between the solidification point and the projection center can be selected to be less than 90 °, preferably less than 45 °, more preferably less than 30 °.
  • the optimal case would be when the gas flow points exactly to the center of the projection.
  • a method according to the invention is also preferably carried out for a section which has at least one solidification point when it is scanned a beam deflection angle exceeds a minimum deflection angle a1, where a beam deflection angle is defined as the arctangent of the quotient of the distance between the solidification point and the projection center and the length of the projection line of the beam deflection center, the projection line of the beam deflection center being a perpendicular precipitated on the building plane, which is the Projection center connects with the beam deflection center.
  • the procedure according to the invention can be dispensed with.
  • the minimum deflection angle a1 preliminary tests can be carried out with the construction material to be used and the beam parameters to be used (e.g. laser power, beam diameter, etc.).
  • the minimum deflection angle a1 will also depend on the extent of inhomogeneities in the solidified building material that is acceptable in the object to be produced.
  • a minimum deflection angle a1 can be set that is greater than or equal to 16 °, preferably greater than or equal to 13 °, more preferably greater than or equal to 10 °, particularly preferably greater than or equal to 7.5 ° is, can choose.
  • a beam is also preferably used, the beam deflection angle a of which does not exceed a predetermined maximum deflection angle a2, a beam deflection angle being defined as the arctangent of the quotient of the distance of a solidification point from the projection center and the length of the projection line of the beam deflection center where the projection line of the beam deflection center is a plumb line precipitated on the building plane, which connects the projection center with the beam deflection center.
  • the procedure described is appropriate in cases in which there are a plurality of beam deflection centers.
  • the maximum deflection angle a2 is preferably identical to that minimum deflection angle a1, which should be followed in accordance with the invention if it is exceeded.
  • a beam deflection angle being defined as the arctangent of the quotient of the distance of a solidification point from the projection center and the length of the projection line of the beam deflection center, where the The projection line of the beam deflection center is a plumb line precipitated on the building level, which connects the projection center with the beam deflection center.
  • the inventors were able to determine that by changing the energy input parameters, e.g. the laser power, the deflection speed when scanning with a beam, etc., the increased deposition of impurities on the construction level with increasing beam deflection angle can be counteracted.
  • the energy input parameters e.g. the laser power, the deflection speed when scanning with a beam, etc.
  • the number of changes from one beam to another beam is preferably limited to a maximum value M during the scanning of the trajectories in the section.
  • the maximum value M is preferably determined as a function of specifications for a quality of the section and / or a production time of the object.
  • specifications for a quality or homogeneity of the section and / or a production time of the object are made by means of an operator input on an input terminal, in particular a graphical operator interface.
  • n is a natural number greater than one and is preferably, but not necessarily, equal to the number of beam bundles or beam-bundle deflection centers available for scanning a section.
  • the specified quality or homogeneity levels are subject to an order relationship and that they are all different from one another.
  • the specification of discrete homogeneity levels facilitates the usability on the one hand and the adaptability of the method according to the invention to a given additive manufacturing device on the other hand.
  • a production time of the section of the object cross-section can also be explicitly specified or selected from a spectrum of possible production times. The specified or selected production time directly influences the production time of the object.
  • the number of beam bundles is assigned to the trajectories in such a way that the maximum time difference between the periods of time that the Need laser beam for the scanning of their associated consolidation points within the section, a minimum is achieved.
  • the beam bundle to be assigned to a trajectory or a partial area for a scan can either be selected at random or else be selected according to a rule established in advance.
  • the rule can in particular depend on the value of a slice rotation angle if the orientation of the subregions in the building plane changes from slice to slice by a predetermined slice rotation angle.
  • the rule can also depend on the specified maximum angles g1 and / or minimum angles g2 (these can also be selected differently in the different layers).
  • a method according to the invention is preferably carried out for a section which is at least partially part of a floor area of an object cross-section, a floor area being defined by the fact that no solidification of building material is specified in at least one of p layers below the floor area, where p is a predetermined natural number and / or is at least partially part of a top surface area of an object cross-section, a top surface area being defined in that no solidification of building material is specified in at least one of q layers above the top surface area, where q is a predetermined natural number.
  • the method is also preferably carried out for a section which is at least partially part of a contour region of an object cross-section.
  • a contour area is an edge area of an object cross-section which, after completion of the object, forms part of the outer surface of the object and should therefore be of high quality.
  • the position of the individual solidification points with respect to the projection center is taken into account, as described above.
  • the direction of the motion vector with respect to the projection center and / or the sequence in which the parts of the contour area to be solidified are scanned relative to the projection center are taken into account. This can ensure an improved surface quality.
  • the section can include not only part of the contour area, but also the entire contour area.
  • an additive manufacturing method for manufacturing a three-dimensional object, the object being manufactured by means of an additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building plane by means of an energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer that correspond to the cross-section of the object in this layer by scanning these solidification points with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane Control of an energy input device of an additive manufacturing device controlled.
  • the energy input device can have a number of laser sources, from which laser beams are fed to a number of scanners (in particular galvanometer scanners) as beam deflection centers.
  • scanners in particular galvanometer scanners
  • the manufacturing method is carried out in such a way that a directional component of the gas flow from the solidification points to the projection center points in the at least one section of an object cross-section and / or is opposite to the direction of the motion vectors of the number of beam bundles.
  • Either the movement of the beam bundles can be aligned to a predetermined direction of the gas flow or, if this is possible with the additive manufacturing device, the direction of the gas flow is adapted to the movement of the beam bundles.
  • the angle between the direction of the gas flow and the connecting line between the solidification point and the projection center can be selected to be less than 90 °, preferably less than 45 °, more preferably less than 30 °.
  • the optimal case would be when the gas flow points exactly to the center of the projection.
  • the angle between each of the motion vectors and the direction of the gas flow can be greater than 90 °, preferably greater than 135 °, more preferably greater than 150 °. The optimal case would be if the direction of the gas flow were exactly opposite to that of the motion vectors.
  • Energy input device of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same wherein the object is manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building level by means of the energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer, the Cross-section of the object in this layer are assigned in that these solidification points are scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane, each of the number of beam bundles being assigned a beam deflection center above the building plane, from which starting from this beam is directed onto the building plane, has an assignment device which assigns a projection center to each beam deflection center, which is a perpendicular projection of the position of the beam deflection center on the building plane, and a scanning control unit which is designed so that it defines the trajectories and the directions of the motion vectors of the number of beams when scanning the trajectories at least in a section of an object cross
  • the device for controlling an energy input device is able to implement the above-described method for controlling an energy input device, in which the direction of the movement vectors is determined along the trajectories.
  • the individual components of the device that is to say in particular the assignment device and the scanning control unit, can be implemented solely by software or solely by hardware or by means of a mixture of hardware and software.
  • Another device for controlling an energy input device of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building plane by means of the energy input device by supplying radiant energy Solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, in that these solidification points are scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane, each of the number of beam bundles having a beam deflection center above is assigned to the building level, from which the beam is directed onto the building level, has an assignment device, which each beam Deflection center assigns a projection center, which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center on the building plane, and a scanning control unit which is designed such that it specifies a consolidation of at least a section of an object cross-section section by section, with the Trajectories run
  • This device for controlling an energy input device is able to implement the method described above for controlling an energy input device, in which the sequence of the scanning of the trajectories within a partial area is established.
  • the individual components of the device that is to say in particular the assignment device and the scanning control unit, can be implemented solely by software or solely by hardware or by means of a mixture of hardware and software.
  • Another device for controlling an energy input device of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building plane by means of the energy input device by supplying radiant energy Solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, in that these solidification points are scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane, each of the number of beam bundles having a beam deflection center above is assigned to the building level, from which the beam is directed onto the building level, has an assignment device, which each beam Deflection center assigns a projection center, which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center on the building plane, and a scanning control unit which is designed so that it specifies a consolidation of at least a section of an object cross-section section by section, the chronological order of the Scanning
  • This device for controlling an energy input device is able to implement the method described above for controlling an energy input device, in which the sequence of the scanning of the partial areas is determined.
  • the individual components of the device that is to say in particular the assignment device and the scanning control unit, can be implemented solely by software or solely by hardware or by means of a mixture of hardware and software.
  • An additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building plane by means of an energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer that correspond to the cross section of the Objects in this layer are assigned in that these solidification points are scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane to apply already existing, preferably already selectively solidified, building material layer, and an energy input device which is suitable for solidifying radiation energy Points in each layer, which are assigned to the cross-section of the object in this layer, by scanning these solidification points with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane, the additive manufacturing device being a device according to the invention for control an energy input device of an additive manufacturing device and / or is signal-connected to a device according to the invention for controlling an energy input device of an
  • the device for controlling an energy input device present in the additive manufacturing device can also be integrated into a control device that is present in the additive manufacturing device and controls an additive manufacturing process.
  • the device for controlling an energy input device present in the additive manufacturing device can also be a computer program with which a CPU present in the control device is controlled.
  • a signaling Connection is a connection by means of physical lines that can transmit control signals, or a radio connection.
  • An object according to the invention is by means of an additive according to the invention
  • Manufacturing process can be produced.
  • FIG. 1 shows a schematic, partially sectioned view of an exemplary device for the additive manufacture of a three-dimensional object according to the invention.
  • FIG. 2 shows schematically an example of the procedure according to the invention when consolidating strip-shaped partial areas of an object cross-section ("hatches").
  • FIG. 3 illustrates the position of a beam deflection center and a projection center of the same with respect to consolidation points in the building plane.
  • FIG. 4 shows an example of a procedure according to a first embodiment.
  • Fig. 5 shows schematically the result of studies on the influence of
  • FIG. 6 shows an example of a procedure according to a second embodiment.
  • FIGS. 7a and 7b schematically show the result of examinations with regard to the sequence with which the trajectories are scanned within a partial area.
  • 8 shows an example of a procedure according to a third embodiment.
  • 9a and 9b each show schematically the impingement of a laser beam on the top layer of the building material for different inclinations of the beam during the scanning process.
  • FIG. 10 illustrates a procedure in which the size of a beam deflection angle is taken into account.
  • FIG. 11 shows an example of a variant of the procedure according to a second embodiment.
  • 12a and 12b each show schematically the processes during melting of the building material for different trajectory sequence directions.
  • FIG. 13 shows the schematic structure of a device according to the invention for controlling an energy input device.
  • the laser sintering or laser melting device 1 contains a process chamber or construction chamber 3 with a chamber wall 4.
  • a construction container 5, which is open at the top and has a container wall 6, is arranged in the process chamber 3.
  • a working plane 7 (also called a construction plane) is defined through the upper opening of the construction container 5, the area of the working plane 7 lying within the opening, which can be used to construct the object 2, being referred to as construction field 8.
  • a carrier 10 which is movable in a vertical direction V and to which a base plate 11 is attached, which closes the container 5 at the bottom and thus forms its bottom.
  • the base plate 11 can be a plate formed separately from the carrier 10 and attached to the carrier 10, or it can be formed integrally with the carrier 10.
  • a construction platform 12 can also be attached to the base plate 11 as a construction base, on which the object 2 is built.
  • the object 2 can, however, also be built on the base plate 11 itself, which then serves as a construction base.
  • FIG. 1 the object 2 to be formed in the container 5 on the building platform 12 is shown below the working plane 7 in an intermediate state with several solidified layers, surrounded by building material 13 that has remained unsolidified.
  • the laser sintering or melting device 1 furthermore contains a storage container 14 for a building material 15, in this example a powder that can be solidified by electromagnetic radiation, and a coater 16 movable in a horizontal direction H for applying the building material 15 within the building field 8.
  • a heating device for example a radiant heater 17, can be arranged in the process chamber 3, which is used to heat the applied building material.
  • An infrared radiator for example, can be provided as the radiant heater 17.
  • the exemplary additive manufacturing device 1 also contains an energy input device 20 with a laser 21 which generates a laser beam 22 which is deflected via a beam deflection center 23, for example one or more galvanometer mirrors including the associated drive, and via a focusing device 24 via a coupling window 25, which is attached to the top of the process chamber 3 in the chamber wall 4, is focused on the working plane 7.
  • a beam deflection center 23 for example one or more galvanometer mirrors including the associated drive
  • a focusing device 24 via a coupling window 25, which is attached to the top of the process chamber 3 in the chamber wall 4, is focused on the working plane 7.
  • the laser sintering device 1 furthermore contains a control device 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner in order to carry out the construction process.
  • the control device can also be attached partially or entirely outside of the additive manufacturing device.
  • the control device can contain a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software).
  • the computer program can be stored separately from the additive manufacturing device in a storage device, from where it can be loaded (e.g. via a network) into the additive manufacturing device, in particular into the control device.
  • the carrier 10 is lowered layer by layer by the control device 29, the coater 16 is controlled to apply a new powder layer and the energy input device 20, i.e. in particular the beam deflection center 23 and possibly also the laser 21 and / or the focusing device 24, controlled to solidify the respective layer at the points corresponding to the respective object by scanning these points with the laser.
  • the energy input device 20 i.e. in particular the beam deflection center 23 and possibly also the laser 21 and / or the focusing device 24, controlled to solidify the respective layer at the points corresponding to the respective object by scanning these points with the laser.
  • a unit 39 within the control device 29 responsible for controlling the energy input device 20 as a device 39 for controlling an energy input device.
  • a device for controlling an energy input device can also be present outside the control device 29 in the same way (also as a computer program), provided that it is ensured that the device 39 for controlling an energy input device for the additive production of Objects can sufficiently interact with the control device 29, so in particular can exchange signals.
  • the invention relates primarily to laser sintering or laser melting methods or devices, application to electron beam melting is also possible.
  • FIG. 13 shows a schematic structure of the already mentioned device 39 for controlling an energy input device, in which a scanning control unit 39b defines the time sequence, FIG. 2 giving an example of the procedure.
  • an object cross-section 50 to be solidified which in this example has a rectangular shape, is divided into an inner area or core area 52 and a contour area 51, with the contour area 51 generally being assigned different parameters for the energy input into the building material than the inner area 52.
  • the contour area 51 is scanned with a laser beam (as an example of a beam) in such a way that the trajectory runs along the contour.
  • the inner area 52 is consolidated in such a way that it is divided into sub-areas 53, which usually have an approximately rectangular or square shape and are therefore also referred to as "strips" or "squares", and subsequently a scanning of the building material sub-area for Partial area is specified.
  • the laser beam is moved along parallel trajectories (hatch lines) 54 over the building material in each sub-area 53, resulting in a hatching-like movement pattern when each sub-area 53 is scanned with the laser beam. This process is also known as "hatching" in technical jargon.
  • FIG. 2 the direction of movement of the laser beam along a trajectory is illustrated in each case by an arrow.
  • the horizontal position of a beam deflection center is taken into account when controlling the energy input device.
  • the Device 39 for controlling an energy input device is provided with an assignment device 39a for this purpose.
  • the procedure is explained below with reference to FIG. 3, which schematically shows a beam deflection center 23 above the construction field 8.
  • a projection center 23 ′ in the construction plane 7 is assigned to the beam deflection center 23 through a perpendicular projection of the beam deflection center 23 onto the construction field 8 (or the construction level 7).
  • a projection line 23k is a plumb line precipitated on the building plane 7, which connects the projection center 23 ′ with the beam deflection center 23.
  • the scanning procedure can be defined depending on the position of a point 64a, 64b, 64c to be consolidated within the construction field relative to the projection center 23', as will be explained below with the aid of several examples.
  • the device for controlling an energy input device selects the direction of the movement vector of the beam for scanning a point to be solidified or solidification point in construction field 8 as a function of the position of the solidification point relative to projection center 23 '. The procedure is explained below with reference to FIG. 4.
  • FIG. 4 shows a top view of the construction field 8 in which the position of the projection center 23 'of a beam deflection center 23 and the positions of four exemplary consolidation points 74a, 74b, 74c and 74d can be seen. Furthermore, the figure shows the respective motion vectors 75a, 75b, 75c and 75d during the movement of the ray bundle emanating from the ray bundle deflection center 23 over the solidification points 74a, 74b, 74c and 74d.
  • the device for controlling an energy input device defines the direction of the motion vector at points 74a, 74b and 74d in such a way that the motion vector has a component s pointing towards the projection center 23 '.
  • a straight connecting line 73a, 73b, 73c and 73d with the projection center 23 ' is drawn in dashed lines in FIG. 4 for each solidification point 74a, 74b, 74c and 74d.
  • the motion vector is fixed at the solidification point 74c in such a way that it has only one component q perpendicular to the connecting line 73c.
  • the motion vector 75c forms an angle g of 90 ° with the connecting line 73c along a trajectory.
  • FIG. 5 shows schematically the result of the examinations carried out in which a layer of a metal powder was applied in a conventional laser sintering device and was then scanned with a laser beam.
  • the construction field 8 was divided into sixteen square sections A to P, as shown in the upper part of FIG. 5, in which the position of the projection center 23 'of the beam deflection center 23 used for scanning is marked. In this case, the scanning took place according to the procedure described with reference to FIG. 2.
  • Different sub-areas 53 were thus scanned within a section in such a way that in each sub-area 53 the laser beam was moved along parallel trajectories (hatch lines) 54 over the building material.
  • the lower part of the figure shows a plan view of the section A after the described scanning.
  • sixteen partial areas 53 which, in contrast to FIG. 2, do not directly adjoin one another.
  • the direction in which the trajectories are traversed is indicated by an arrow.
  • the mutually parallel trajectories 54 are all traversed in the same direction, that is to say that the movement vectors in a sub-area each point in the same direction during the scanning.
  • the illustrated position of the arrow within each sub-area 53 characterizes the position of the trajectory 54 scanned first within this sub-area.
  • only two of the sixteen partial areas are provided with the reference numerals 53 and 54 in the figure.
  • scanned sub-areas 53 with three different hatching densities and sub-areas 53 without hatching can be seen.
  • the different density of the hatching lines should indicate the different properties of the solidified building material. Dense hatching lines indicate greater local fluctuations in the solidified material volume in a sub-area 53 than less dense or even missing hatching lines in a sub-area 53.A lack of hatching lines therefore indicate the greatest possible flomogeneity or the highest volume percentage of solidified material achieved in a sub-area 53.
  • the size of the component of the motion vector pointing towards the projection center or away from the projection center also plays a role. The more the motion vector is oriented towards the projection center or away from the projection center, the clearer the effect to be observed.
  • the inventors explain the observed behavior by the special features of the deep welding process used to melt the metal powder.
  • a deep penetration welding process temperatures are generated in the material that are so high that evaporation occurs and, in particular, the radiation penetrates into a vapor capillary on the material surface.
  • the temporarily formed vapor capillary is usually referred to as a "keyhole”.
  • the observed behavior can be explained by the fact that when the laser beam strikes the building material at an angle, the keyhole forms differently depending on the direction of movement.
  • FIGS. 9a and 9b each show schematically the impingement of a laser beam on the metal powder used.
  • the beam bundle is moved in the horizontal direction (from left to right in FIGS. 9a and 9b), which is illustrated in each case by an arrow pointing to the right.
  • the reference number 22 illustrates the beam which is in each case directed from a beam deflection center (not shown) onto the building material. While in FIG. 9a the beam moves away from the projection center of the beam deflection center (also not shown) when the building material is scanned, in FIG. 9b the beam moves towards the projection center when the building material is scanned.
  • the keyhole formed by the radiant energy supplied is shown schematically.
  • This keyhole has approximately its greatest extent in the direction of incidence of the beam and consequently has an inclination with respect to the vertical in the case of a beam incident obliquely on the building material.
  • the not yet solidified powder material is undermined and displaced, while in FIG Fig. 9b this does not take place.
  • the solidified layer in FIG. 9a shows poorer properties, in particular a partially reduced or strongly fluctuating layer thickness, which is not shown in the schematic illustration of FIG. 9a.
  • FIG. 9 shows an example of the situation in which the motion vector of the beam exclusively has a directional component towards the projection center or away from the projection center
  • a sufficiently large directional component perpendicular to the connecting line satisfactory results can also be achieved if there is a directional component that is not too large and not pointing away from the projection center, in other words, a maximum angle between the motion vector and the connecting line to the projection center is not reached.
  • the procedure according to the invention will achieve the most significant improvements in flomogeneity when a beam of rays strikes the building plane at an angle. This is illustrated with reference to FIG. 10.
  • FIG. 10 The view of FIG. 10 is very similar to the view of FIG. 3.
  • the position of a beam deflection center 23 above its associated projection center 23 'in the building plane is shown together with a schematic illustration of the directions 163a, 163b and 163c of a beam, if this is directed at the consolidation points 164a, 164b and 164c, respectively.
  • the figure also shows a respective beam deflection angle a6, a1 and a4 between the respective direction 163a, 163b or 163c and the projection line 23k of the beam deflection center 23.
  • the solidification point 164c is only shown for the sake of illustrating a minimum deflection angle a1. If, in the example of FIG.
  • the respective beam deflection angle a6 or a4 is first compared with the minimum deflection angle a1. Since the beam deflection angle a4 for the solidification point 164b is greater than the minimum deflection angle a1, the direction of the motion vector is set at the solidification point 164b so that a predetermined maximum angle between the motion vector and the connecting line to the projection center is not reached. The beam deflection angle a6 for the solidification point 164a is smaller than the minimum deflection angle a1. Therefore, at the solidification point 164a, a direction of the motion vector can be permitted in which the predetermined maximum angle between the motion vector and the connecting line to the projection center is exceeded.
  • the second exemplary embodiment relates to the usual procedure, explained above with reference to FIG. 2, of scanning the locations of a cross section, section by section.
  • the sequence in which the trajectories (hatch lines) are scanned within each sub-area is determined by the device for controlling an energy input device as a function of the position of the trajectories relative to the projection center. The procedure is explained below with reference to FIG. 6.
  • FIG. 6 is very similar to FIG. 2.
  • the position of the projection center 23 ′ relative to the subregions 53 is shown.
  • the time sequence in which the trajectories 54 are scanned one after the other in this sub-area is each identified by an arrow, which indicates the trajectory sequence direction 86.
  • the trajectory arranged on the far right is traversed first and then all further trajectories 54 are traversed one after the other up to the trajectory arranged on the far left in the sub-area.
  • the order in which the trajectories are scanned one after the other is determined in the example in FIG. 6 by the device for controlling an energy input device so that trajectories with a small distance from the projection center are scanned before trajectories with a greater distance from the projection center.
  • An exemplary possibility of defining the distance of the trajectories within a sub-area 53 to the projection center 23 ' is that for each of the trajectories 54 in the sub-area 53 from the respective starting point of the trajectory a reference point connection vector 83 to the projection center 23' is constructed and the length the component 83s of the connection vector which is perpendicular to the trajectory is determined.
  • a trajectory sequencing direction 86 perpendicular to the trajectories can then be determined on the basis of the lengths of the components 83s.
  • a different reference point on the trajectories can also be selected for the construction of the connection vector.
  • the starting point or end point it is advantageous to refer to the starting point or end point as the reference point.
  • FIG. 7 schematically shows an exemplary result of the investigations carried out by the inventors with regard to the sequence with which the trajectories are scanned within a partial area.
  • FIGS. 7a and 7b each show a top view of a square section of the construction field 8 after it has been scanned, as well as the position of the projection center 23 '.
  • sixteen partial areas 53 can be seen which, in contrast to FIG. 2, do not directly adjoin one another.
  • an arrow 88 indicates the direction in which the trajectories are traversed by the laser beam during scanning, the mutually parallel trajectories being traversed in the same direction in all sub-areas 53, i.e. the movement vectors during scanning in the same direction demonstrate.
  • FIGS. 7a and 7b only one of the sixteen partial areas is provided with a reference symbol in FIGS. 7a and 7b.
  • FIG. 7a and 7b differ in the position of the arrow indicating the scanning direction in the individual subregions.
  • this arrow 88 is arranged on the left upper edge of the subregions 53, while in Fig. 7b the arrow is arranged in each case at the lower right edge of the sub-areas.
  • the reason for the different arrangement is that both in FIG. 7 a and in FIG. 7 b the position of the arrow 88 is intended to simultaneously also identify the trajectory that was scanned first within a partial area.
  • the trajectories are scanned from top left to bottom right in each sub-area 53, while in FIG. 7b the trajectories are scanned from bottom right to top left in each sub-area 53.
  • scanned sub-areas 53 with three different hatching densities and sub-areas 53 without hatching can be seen in FIG.
  • the different density of the hatching lines is intended to indicate the different quality that was achieved in the different sub-areas.
  • Denser hatching lines in a sub-area 53 are intended to indicate a greater roughness of the surface compared to a sub-area 53 with less dense or even missing hatching lines. Missing hatching lines therefore indicate surfaces with a very low roughness.
  • FIG. 12 similar to FIG. 9, the position of a keyhole that forms when a beam of rays hits the powdery building material is shown. In contrast to FIG. 9, however, the beam moves perpendicular to the connecting line from the respective solidification point to the projection center.
  • FIGS. 12a and 12b a section through the keyhole and two adjacent consolidation tracks 54 'is shown perpendicular to the direction of movement of the beam, so the direction of movement of the beam is perpendicular to the plane of the drawing sheet.
  • FIG. 12a and FIG. 12b is that in FIG. 12a the keyhole is inclined towards the unconsolidated powder material, whereas in FIG.
  • FIGS. 12a and 12b a top view of a layer that is currently to be solidified is shown in each case. This top view shows that in FIG. 12a the trajectory succession direction points towards the projection center 23 '(not shown), while in FIG. 12b the trajectory succession direction points away from the projection center 23'.
  • FIG. 12 (as in FIG. 9) the displacement of material from the keyhole is illustrated by means of two arrows on both sides of the respective keyhole. It can be seen that in FIG. 12a material from the keyhole is deposited on the not yet solidified powdery building material, whereas in FIG. 12b material from the keyhole is deposited on the solidification tracks 54 '. Accordingly, in the situation of FIG. 12a, the melting process is impaired when the subsequent adjacent trajectory is scanned, which leads to a deteriorated quality, for example a rougher surface of the associated solidification path.
  • a procedure according to the second exemplary embodiment can only be carried out in those partial areas in which a motion vector when scanning a trajectory within the partial area has an angle with respect to the connecting line to the projection center which exceeds a minimum angle g2. This is illustrated with reference to FIG. 11.
  • FIG. 11 schematically shows a top view of the construction field 8, in which the position of a projection center 23 ′ relative to trajectories 154, 155 and 157 is shown in different subregions.
  • the connection vector 181 to the projection center 23 ′ encloses an angle g2 with a motion vector along the exemplary trajectory 154, which in the example in FIG. 11 is defined as the minimum angle.
  • the trajectory sequencing direction 186 is defined for the trajectories 155 such that trajectories that are closer to the projection center 23 'are scanned before trajectories that are further away from the projection center 23'.
  • an angle g5 between the direction of the motion vector and the respective connection vector 183 to the projection center 23 ′ is greater than the minimum angle g2.
  • the motion vectors along the trajectories 157 running parallel to one another enclose an angle g7 with the respective connection vector 188 which is smaller than the minimum angle g2.
  • a trajectory sequencing direction 187 can be permitted for the trajectories 157, in which trajectories which are closer to the projection center 23 ′ are scanned for trajectories which are further away from the projection center 23 ′.
  • the procedure according to the invention when used, the most significant improvements in the homogeneity will be achieved in the case of an oblique impingement of the beam on the building plane. In other words, it can be for a sufficiently perpendicular impingement of the beam, under certain circumstances, a procedure described in the second exemplary embodiment can be dispensed with if the accuracy requirements are not so high.
  • the procedure illustrated with reference to FIG. 10 as a function of the beam deflection angle can therefore be used in the same way in connection with the second exemplary embodiment.
  • the results can be improved if an orientation of the gas flow is also taken into account.
  • the third exemplary embodiment like the second exemplary embodiment, relates to the usual procedure, explained above with reference to FIG. 2, of scanning the locations of a cross section, section by section.
  • the sequence in which the partial areas are scanned one after the other is controlled by the device for controlling a Energy input device determined as a function of the position of the sub-areas relative to the projection center. The procedure is explained below with reference to FIG. 8.
  • FIG. 8 is very similar to FIG. 6, but the trajectory sequence direction 86 is not specifically identified by an arrow in the subregions.
  • the two partial areas provided with the reference numerals 53a and 53b are distinguished from one another by the appended lower case letter. This is intended to express that the sub-area 53a is scanned in front of the sub-area 53b, since it is at a smaller distance from the projection center 23 '.
  • An exemplary possibility of taking into account the distance between a sub-area and the projection center is to determine the minimum distance to the projection center for each sub-area and to scan the sub-areas with increasing size of the minimum distances, i.e. the sub-area with the smallest minimum distance first and the sub-area with the greatest minimum distance last.
  • the minimum distance between the partial area 53a and the projection center 23 ′ is identified by a connection vector or a straight connection line 93.
  • the distance between a partial area and the projection center can also be determined in other ways.
  • the length of the shortest connecting line between a sub-area and the projection center could not be defined as the distance, but the component of the shortest connecting line that is perpendicular to the trajectories within the sub-area.
  • a corresponding distance is provided with the reference symbol 93p in FIG. 8.
  • the inventors were also able to determine that a more homogeneous solidification of the building material can be achieved than in comparison to disregarding the preferred time sequence just described for scanning the subregions one after the other. Also here left an improvement can be achieved regardless of the direction in which a gas flow is present.
  • a procedure according to the third exemplary embodiment can be limited to those subregions in which the trajectories to be scanned are at an angle with respect to the connecting line to the projection center which exceeds a minimum angle g2.
  • the above explanations in connection with FIG. 11 can also be applied analogously to the third exemplary embodiment.
  • the procedure according to the invention when used, the most significant improvements in the homogeneity will be achieved when the beam strikes the building plane at an angle. In other words, for a sufficiently perpendicular impingement of the beam, under certain circumstances, the procedure described in the third exemplary embodiment can be dispensed with if the accuracy requirements are not so high.
  • the procedure illustrated with reference to FIG. 10 as a function of the beam deflection angle can be applied in the same way in connection with the third exemplary embodiment.
  • results can be further improved if an orientation of the gas flow is also taken into account.
  • the homogeneity of the properties of the manufactured objects is improved in that subregions which are closer to the projection center 23 ′ of the beam bundle 22 are scanned in front of subregions which are further away from the projection center 23 ′.
  • the aim is to avoid material being deposited on building material that has not yet solidified as a result of the scanning. If, therefore, a gas stream is passed over the points to be solidified during scanning, a beam deflection center 23 should be selected for the solidification, its associated one Projection center 23 ′ has a position which results in a directional component of the gas flow pointing in the direction of projection center 23 from the solidification points in the partial areas during the scan. In this way, the gas flow counteracts deposits on material that is still to be solidified. Alternatively, if the additive manufacturing device allows this, the direction or orientation of the gas flow can also be adapted.
  • Connection vector must be chosen from a solidification point to the projection center. Rather, for motion vectors that lie on different sides of the connection vector, different values can be specified for the maximum angle g1 and / or the minimum angle g2.

Abstract

In a method for controlling an energy input device (20) of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of same, a beam deflection center (23) above the build plane (7) is assigned to each of the number of beams, proceeding from which center said beam is directed at the build plane (7), wherein each beam deflection center (23) is assigned a projection center (23') corresponding to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center (23) onto the build plane (7), wherein at least in a portion of an object cross-section the directions of the motion vectors of the number of beams (22) during scanning of the trajectories (54) are defined such that at each of the solidification locations in said portion the motion vector is at an angle with respect to a connection vector from said solidification location toward the projection center (23') of the beam (22) used, which angle is less than a predetermined maximum angle γ1.

Description

Laserzentrumsabhängige Belichtungsstrategie Exposure strategy depending on the laser center
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung, ein entsprechend angepasstes additives Herstellverfahren, eine entsprechende Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung, eine entsprechend angepasste additive Herstellvorrichtung und ein durch das entsprechend angepasste additive Herstellverfahren hergestelltes Objekt. The present invention relates to a method for controlling an energy input device of an additive manufacturing device, a correspondingly adapted additive manufacturing method, a corresponding device for controlling an energy input device of an additive manufacturing device, a correspondingly adapted additive manufacturing device and an object produced by the correspondingly adapted additive manufacturing method.
Additive Herstellvorrichtungen und zugehörige Verfahren, auf die sich die Erfindung bezieht, sind allgemein dadurch charakterisiert, dass in ihnen Objekte durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials (z.B. eines Metall- oder Kunststoffpulvers) Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann beispielsweise durch Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial mittels Bestrahlens desselben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung (z.B. Lasersintern (SLS oder DMLS) oder Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen) herbeigeführt werden. Beispielsweise beim Lasersintern oder Laserschmelzen wird ein Laserstrahl über jene Stellen einer Schicht des Aufbaumaterials bewegt, die dem Objektquerschnitt des herzustellenden Objekts in dieser Schicht entsprechen, so dass an diesen Stellen das Aufbaumaterial verfestigt wird. Nachdem an einer Stelle das Aufbaumaterial durch die Zufuhr von Wärmeenergie aufgeschmolzen bzw. gesintert wurde, liegt nach dem Abkühlen das Aufbaumaterial nicht mehr in formlosem Zustand, sondern als Festkörper vor. Nachdem alle zu verfestigenden Stellen eines Objektquerschnitts abgetastet wurden, wird eine neue Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht und ebenfalls an den dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht entsprechenden Stellen verfestigt. Insbesondere bei der Verarbeitung von Metallpulver als Aufbaumaterial entstehen beim Aufschmelzvorgang Verunreinigungen (z.B. Metalldämpfe, Rauch oder Spratzer), die sich auf der zu verfestigenden Schicht niederschlagen oder die Strahlungszufuhr behindern. Solche Verunreinigungen sind unerwünscht, da sie z.B. zu einer nicht erwünschten Streuung der mechanischen Eigenschaften der hergestellten Objekte führen können. Im Stand der Technik versucht man daher, die Einflüsse dieser Verunreinigungen auf die Eigenschaften eines hergestellten Objekts dadurch zu minimieren, dass man während des Abtastvorgangs einen Gasstrom über die zu verfestigende Stelle leitet. Additive manufacturing devices and associated methods to which the invention relates are generally characterized in that objects are manufactured in them layer by layer by solidifying a shapeless construction material (eg a metal or plastic powder). The solidification can be brought about, for example, by supplying thermal energy to the building material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation (eg laser sintering (SLS or DMLS) or laser melting or electron beam melting). For example, during laser sintering or laser melting, a laser beam is moved over those points of a layer of the building material which correspond to the object cross-section of the object to be produced in this layer, so that the building material is solidified at these points. After the building material has been melted or sintered at one point by the supply of thermal energy, the building material is no longer in a shapeless state, but as a solid body after cooling. After all points of an object cross-section to be solidified have been scanned, a new layer of the building material is applied and also solidified at the points corresponding to the cross-section of the object in this layer. In particular when processing metal powder as a build-up material, impurities (e.g. metal vapors, smoke or spatter) occur during the melting process, which are deposited on the layer to be solidified or hinder the supply of radiation. Such impurities are undesirable since they can lead, for example, to an undesirable scatter in the mechanical properties of the objects produced. In the prior art, attempts are therefore made to minimize the effects of these impurities on the properties of a manufactured object by directing a gas stream over the point to be solidified during the scanning process.
In WO 2014/125280 A2 wird vorgeschlagen, die Bewegungsrichtung des Strahlbündels beim Abtasten der Schicht auf die Richtung des Gasstroms abzustimmen, um möglichst homogene Objekteigenschaften zu erzielen. Obwohl durch solch eine Vorgehensweise bereits eine Verbesserung der Objekteigenschaften erreicht wird, ist das beschriebene Vorgehen dennoch verbesserungswürdig, da zum Einen die Abstimmung der Bewegung des Strahlbündels und der Richtung des Gasstroms aufeinander den Herstellvorgang mitunter verkompliziert und zum Anderen gerade bei ausgedehnten Baufeldern immer noch Inhomogenitäten der Objekteigenschaften beobachtet wurden. In WO 2014/125280 A2 it is proposed to match the direction of movement of the beam when scanning the layer to the direction of the gas flow in order to achieve object properties that are as homogeneous as possible. Although an improvement in the object properties is already achieved through such a procedure, the procedure described is still in need of improvement, since on the one hand the coordination of the movement of the beam and the direction of the gas flow to each other sometimes complicates the manufacturing process and on the other hand, especially in the case of extensive construction areas, there is still inhomogeneity of the Object properties were observed.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung bereitzustellen, mittels derer eine verbesserte Homogenität der Eigenschaften von additiv hergestellten Objekten erzielbar ist. It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device for controlling an energy input device of an additive manufacturing device, by means of which an improved homogeneity of the properties of additively manufactured objects can be achieved.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung nach Anspruch 1, 5 und 10, ein additives Herstellverfahren nach Anspruch 24, eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung nach Anspruch 25, 26 und 27, eine additive Herstellvorrichtung nach Anspruch 28 und ein Objekt nach Anspruch 29. Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch durch untenstehende bzw. in den abhängigen Ansprüchen ausgeführte Merkmale der erfindungsgemäßen Verfahren weitergebildet sein und umgekehrt. Ferner können die im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Merkmale auch zur Weiterbildung einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt werden, selbst wenn dies nicht explizit angegeben wird. The object is achieved by a method for controlling an energy input device according to claims 1, 5 and 10, an additive manufacturing method according to claim 24, a device for controlling an energy input device according to claims 25, 26 and 27, an additive manufacturing device according to claim 28 and an object according to Claim 29. Further developments of the invention are claimed in the dependent claims. In particular, a device according to the invention can also be further developed by the features of the method according to the invention below or as set out in the dependent claims vice versa. Furthermore, the features described in connection with a device according to the invention can also be used to develop another device according to the invention, even if this is not explicitly stated.
Additive Herstellvorrichtungen und -verfahren, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind insbesondere solche, bei denen Energie als elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung selektiv einer Schicht eines formlosen Aufbaumaterials zugeführt wird. Die Arbeitsebene (auch als Bauebene bezeichnet) ist dabei eine Ebene, in der die Oberseite der Schicht liegt, welcher die Energie zugeführt wird. Hierbei kann die Energieeintragsvorrichtung beispielsweise einen Laser oder eine Elektronenstrahlquelle aufweisen. Die dem Aufbaumaterial zugeführte Strahlung erwärmt dieses und bewirkt dadurch einen Sinter- oder Schmelzvorgang. Additive manufacturing devices and methods to which the present invention relates are in particular those in which energy is selectively supplied as electromagnetic radiation or particle radiation to a layer of a shapeless building material. The working level (also referred to as the construction level) is a level in which the top of the layer to which the energy is supplied lies. In this case, the energy input device can have a laser or an electron beam source, for example. The radiation supplied to the building material heats it up and thereby causes a sintering or melting process.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Lasersinter-, Laserschmelz- und Elektronenstrahlschmelzvorrichtungen sowie die zugehörigen Verfahren. In particular, the present invention relates to laser sintering, laser melting, and electron beam melting devices and their associated methods.
Obwohl die Erfindung sowohl in Zusammenhang mit kunststoffbasiertem Aufbaumaterial als auch in Zusammenhang mit metallbasiertem Aufbaumaterial angewendet werden kann, ist eine Anwendung der Erfindung in Zusammenhang mit additiven Herstellverfahren und -Vorrichtungen, bei denen ein metallenes oder zumindest metallhaltiges Aufbaumaterial verwendet wird, beispielsweise ein Metallpulver oder Metalllegierungspulver, von besonderem Vorteil. Although the invention can be used both in connection with plastic-based construction material and in connection with metal-based construction material, one application of the invention is in connection with additive manufacturing methods and devices in which a metallic or at least metal-containing construction material is used, for example a metal powder or metal alloy powder , of particular advantage.
Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass mittels einer erfindungsgemäßen additiven Herstellvorrichtung nicht nur ein Objekt, sondern auch mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden können. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von der Herstellung eines Objekts die Rede ist, dann versteht es sich, dass die jeweilige Beschreibung in gleicher Weise auch auf additive Herstellverfahren und -Vorrichtungen anwendbar ist, bei denen mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden. It should be noted at this point that by means of an additive manufacturing device according to the invention, not only one object, but also several objects can be manufactured at the same time. When the production of an object is mentioned in the present application, then it goes without saying that the respective description can also be applied in the same way to additive production methods and devices in which several objects are produced at the same time.
Hier wird der Begriff "Strahlbündel" anstelle von "Strahl" verwendet, um zum Ausdruck zu bringen, dass der Durchmesser des Strahls nicht notwendigerweise sehr klein sein muss, insbesondere wenn die Strahlung schräg auf das Aufbaumaterial auftrifft oder aber Strahlung verwendet wird, die beim Auftreffen auf das Aufbaumaterial bewusst einen größeren Flächenbereich abdecken soll. The term “beam” is used here instead of “beam” in order to express that the diameter of the beam does not necessarily have to be very small, in particular if the radiation strikes the building material at an angle or but radiation is used, which is intended to cover a larger surface area when it hits the building material.
Bei einem Strahlbündel-Ablenkzentrum kann es sich beispielsweise um einen Scanner mit einem oder mehreren Galvanometerspiegeln zur Ablenkung eines Laserstrahls handeln. Dabei können auch mehrere unterschiedliche Strahlbündel ein und demselben Strahlbündel-Ablenkzentrum bzw. Scanner zugeordnet sein, die z.B. abwechselnd von diesem Strahlbündel-Ablenkzentrum auf die Bauebene gerichtet werden, obwohl normalerweise einem Strahlbündel-Ablenkzentrum genau ein auf die Bauebene zu richtendes Strahlbündel zugeordnet ist. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass in der vorliegenden Anmeldung der Begriff 'Anzahl" stets im Sinne von "ein oder mehrere" zu verstehen ist. Für eine Projektion der Position des Strahlbündel- Ablenkzentrums auf die Bauebene kann beispielsweise ein Lot auf der Bauebene errichtet werden, das durch eine Stelle des Strahlbündel-Ablenkzentrums geht, von der aus das von dem Strahlbündel-Ablenkzentrum auf die Bauebene gerichtete Strahlbündel seinen Ausgang nimmt. Das Projektionszentrum ist dann jener Ort in der Bauebene, an dem das Lot errichtet wurde. Es sei erwähnt, dass im Falle mehrerer Strahlbündel, die einem Strahlbündel-Ablenkzentrum zugeordnet sind, etwaige Positionsunterschiede der Stellen an denen die Strahlbündel ihren Ausgang nehmen, vernachlässigbar sind. A beam deflection center can be, for example, a scanner with one or more galvanometer mirrors for deflecting a laser beam. Several different bundles of rays can also be assigned to one and the same bundle of rays deflection center or scanner, which e.g. are directed alternately from this bundle of rays to the construction plane, although normally one bundle of rays to be directed to the plane of construction is assigned to a bundle of rays deflection center. It should be noted at this point that in the present application the term “number” is always to be understood in the sense of “one or more.” For a projection of the position of the beam deflection center onto the building level, for example, a plumb line can be set up on the building level which passes through a point of the beam deflection center from which the beam directed by the beam deflection center onto the building plane starts. The projection center is then that place in the building plane at which the plumb bob was erected that in the case of several bundles of rays which are assigned to a bundle of rays deflection center, any differences in position of the points at which the bundles of rays originate are negligible.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Herstellung zumindest einer Anzahl von Querschnitten des Objekts, bevorzugt zur Herstellung des gesamten Objekts, die Energieeintragsvorrichtung jeweils basierend auf einem Datenmodell eines Objektquerschnitts so angesteuert, dass den dem Objektquerschnitt entsprechenden zu verfestigenden Stellen durch die Energieeintragsvorrichtung die für eine Verfestigung des Aufbaumaterials notwendige Energie zugeführt wird. Insbesondere wird dabei die zeitliche Reihenfolge, in der die Stellen zu verfestigen sind, also eine Scanlinie bzw. eine Trajektorie in der Bauebene, entlang derer das Strahlbündel bewegt werden soll, vorgegeben und die Anzahl von Strahlbündel-Ablenkzentren zur Bewegung der ihnen zugeordneten Strahlbündel entsprechend angesteuert. Eine bei der Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung vorgegebene Trajektorie eines Strahlbündels entspricht einer Verfestigungsbahn in der Bauebene, entlang derer das Aufbaumaterial durch Verlagerung des Schmelzbades in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Bauebene verfestigt werden soll. Dabei wird dem, bevorzugt pulverförmigen oder pastosen, Aufbaumaterial an einer Verfestigungsstelle durch das Strahlbündel soviel Energie zugeführt, dass das Aufbaumaterial an dieser Stelle infolge einer Überschreitung einer Schmelztemperatur, also einer Solidus- und/oder Liquidustemperatur, versintert bzw. vollständig aufschmilzt, um danach im abgekühlten Zustand nicht mehr im formlosen Zustand, sondern als Festkörper vorzuliegen. Verfestigungsbahnen sind daher Bereiche, in denen beim Abtasten des Aufbaumaterials durch das zumindest eine Strahlbündel tatsächlich eine Verfestigung und nicht lediglich eine Erwärmung desselben bewirkt wird. Eine Verfestigungsbahn kann z. B. eine gerade Strecke einer gewissen Breite sein, es gibt aber auch Fälle, in denen beim Bewegen eines Strahlbündels entlang der Verfestigungsbahn ein oder mehrere Richtungsänderungen stattfinden, insbesondere die Verfestigungsbahn geometrisch als gekrümmte Linie einer gewissen Breite vorliegt. Wenn in der vorliegenden Anmeldung auf ein Abtasten mit einem Strahlbündel Bezug genommen wird, dann ist dabei stets eine Einwirkung des Strahlbündels auf das Aufbaumaterial gemeint, die eine Verfestigung zumindest einer obersten Schicht des Aufbaumaterials bewirkt, das Aufbaumaterial also nicht lediglich vorerwärmt oder nacherwärmt. In the method according to the invention, to produce at least a number of cross-sections of the object, preferably for the production of the entire object, the energy input device is controlled based on a data model of an object cross-section in such a way that the points to be consolidated corresponding to the object cross-section are provided by the energy input device Building material necessary energy is supplied. In particular, the chronological order in which the points are to be solidified, i.e. a scan line or a trajectory in the building plane along which the beam is to be moved, is specified and the number of beam deflection centers for moving the beam bundles assigned to them is controlled accordingly . A trajectory of a beam bundle that is predetermined when the energy input device is activated corresponds to a solidification path in the building plane, along which the building material is to be solidified by displacing the melt pool in a direction essentially parallel to the building plane. In this case, so much energy is supplied to the, preferably powdery or pasty, building material at a solidification point by the beam that the building material sintered or completely melted at this point as a result of exceeding a melting temperature, i.e. a solidus and / or liquidus temperature, in order to then cooled state no longer in the formless state, but to be present as a solid. Consolidation tracks are therefore areas in which, when the building material is scanned by the at least one beam, consolidation and not just heating of the same is actually brought about. A consolidation sheet can e.g. B. be a straight stretch of a certain width, but there are also cases in which when moving a beam along the consolidation path one or more changes in direction take place, in particular the consolidation path is geometrically as a curved line of a certain width. If in the present application reference is made to scanning with a beam, then this always means an action of the beam on the building material, which causes a solidification of at least one top layer of the building material, i.e. not just preheating or reheating the building material.
Wenn in dieser Anmeldung ein Winkel zwischen zwei Vektoren erwähnt wird, dann wird darunter stets ein Winkel zwischen den Richtungen der beiden Vektoren verstanden, dessen Wert kleiner oder gleich 180° ist. If an angle between two vectors is mentioned in this application, this is always understood to mean an angle between the directions of the two vectors, the value of which is less than or equal to 180 °.
Ein Abschnitt eines Objektquerschnitts, auf den sich die Erfindung bezieht, muss sich nicht notwendigerweise nur auf eine Teilfläche eines Objektquerschnitts oder einen einzigen Objektquerschnitt beziehen, sondern kann auch das ganze herzustellende Objekt umfassen. A section of an object cross-section to which the invention relates does not necessarily have to relate only to a partial area of an object cross-section or a single object cross-section, but can also encompass the entire object to be produced.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wird das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum oberhalb der Bauebene zugeordnet ist, von dem ausgehend dieses Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird, wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel- Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, wobei zumindest in einem Abschnitt eines Objektquerschnitts, die Richtungen der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln beim Abtasten der Trajektorien so festgelegt werden, dass an jeder der Verfestigungsstellen in diesem Abschnitt der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des verwendeten Strahlbündels hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel g1 ist. In a method according to the invention for controlling an energy input device of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object is produced by means of the additive Manufacturing device produced by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building level by means of the energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, by connecting these solidification points with a number of from the energy input device provided ray bundles are scanned along a plurality of trajectories in the building plane, each of the number of ray bundles being assigned a ray bundle deflection center above the building plane, from which this ray bundle is directed onto the building plane, a projection center being assigned to each ray bundle deflection center, which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center on the building plane, wherein at least in a section of an object cross section, the directions of the motion vectors of the number A number of beam bundles when scanning the trajectories are set so that at each of the solidification points in this section the motion vector has an angle with respect to a connection vector from this solidification point to the projection center of the beam bundle used, which is smaller than a predetermined maximum angle g1.
Ein Verbindungsvektor von einer Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum ist hierbei ein entlang der kürzestmöglichen geraden Verbindungslinie zwischen Verfestigungsstelle und Projektionszentrum zum Projektionszentrum hin gerichteter Vektor, dessen Länge dem Abstand zwischen Verfestigungsstelle und Projektionszentrum entspricht. A connection vector from a consolidation point to the projection center is a vector directed along the shortest possible straight connecting line between the consolidation point and the projection center to the projection center, the length of which corresponds to the distance between the consolidation point and the projection center.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Objekte mit verbesserter Homogenität additiv hersteilen. Dies gilt nicht nur für die Homogenität der Materialeigenschaften innerhalb eines Objektes, sondern auch im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften von Objekt zu Objekt bei zeitgleicher Herstellung von gleichen Objekten an verschiedenen Stellen in der additiven Herstellvorrichtung. Die Erfinder erklären sich dies damit, dass bei einem Herstellvorgang das Strahlbündel nahezu immer unter einem von 90° verschiedenen Winkel auf die Bauebene auftrifft. Ein senkrechtes Auftreffen des Strahlbündels liegt tatsächlich nur im Projektionszentrum vor. Nach den Erkenntnissen der Erfinder kann es bei einem schräg auftreffenden Strahlbündel zu einer Verlagerung von Aufbaumaterial an der Verfestigungsstelle kommen. So konnten die Erfinder beobachten, dass bei einem schräg auftreffenden Strahlbündel umso mehr Aufbaumaterial verlagert wird, je ausgeprägter die Bewegung des Strahlbündels vom Projektionszentrum weg ist. Eine Verlagerung von Aufbaumaterial führt dabei dazu, dass das verfestigte Materialvolumen schwankt, wodurch eine Inhomogenität der mechanischen Eigenschaften resultiert. Eine Vermeidung von Bewegungsrichtungen des Strahlbündels, die im Wesentlichen von dem Projektionszentrum weg zeigen, bringt daher Vorteile. Insbesondere ergeben sich diese Vorteile unabhängig von der jeweiligen Orientierung eines Gasstroms über das Baufeld bezüglich des Bewegungsvektors eines Strahlbündels. With the method according to the invention, objects with improved homogeneity can be produced additively. This applies not only to the homogeneity of the material properties within an object, but also with regard to the reproducibility of the properties from object to object when the same objects are manufactured at different locations in the additive manufacturing device at the same time. The inventors explain this by the fact that, during a manufacturing process, the beam bundle is almost always at an angle different from 90 ° Angle hits the building plane. The beam bundle actually only hits the projection center at right angles. According to the findings of the inventors, if the bundle of rays impinges at an angle, there may be a displacement of build-up material at the solidification point. For example, the inventors were able to observe that when the bundle of rays impinging at an angle, the more build-up material is displaced, the more pronounced the movement of the bundle of rays away from the projection center. A displacement of building material leads to the fact that the solidified material volume fluctuates, which results in an inhomogeneity of the mechanical properties. Avoiding directions of movement of the beam that essentially point away from the projection center therefore has advantages. In particular, these advantages arise independently of the respective orientation of a gas flow over the construction field with respect to the motion vector of a beam.
Es sei bemerkt, dass es auch möglich ist, für Bewegungsvektoren, die auf unterschiedlichen Seiten des Verbindungsvektors liegen, für den Maximalwinkel g1 unterschiedliche Werte vorzugeben. It should be noted that it is also possible to specify different values for the maximum angle g1 for motion vectors that lie on different sides of the connection vector.
Bevorzugt weist der vorbestimmte Maximalwinkel g1 einen Wert auf, der kleiner oder gleich 135° ist, bevorzugt, kleiner oder gleich 90°. The predetermined maximum angle g1 preferably has a value that is less than or equal to 135 °, preferably less than or equal to 90 °.
Um gute Resultate zu erzielen, wird bevorzugt ein Maximalwinkel von 90° gewählt. Allerdings sind auch mit einem Maximalwinkel zwischen 90° und 135° noch zufriedenstellende Ergebnisse erzielbar. Je geringer der Maximalwinkel, desto bessere Resultate lassen sich erzielen. Daher kann in Abhängigkeit von den Qualitätsanforderungen auch ein Maximalwinkel von 75°, 60°, 45°, etc. gewählt werden. In order to achieve good results, a maximum angle of 90 ° is preferably chosen. However, even with a maximum angle between 90 ° and 135 °, satisfactory results can still be achieved. The lower the maximum angle, the better results can be achieved. Therefore, depending on the quality requirements, a maximum angle of 75 °, 60 °, 45 °, etc. can also be selected.
Weiter bevorzugt werden für unterschiedliche Werte eines Strahlbündelablenkwinkels a unterschiedliche Maximalwinkel g1 festgelegt, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand zwischen der Verfestigungsstelle und dem Projektionszentrum und der Länge der Projektionslinie des Strahlbündel- Ablenkzentrums definiert ist, wobei die Projektionslinie des Strahlbündel- Ablenkzentrums ein auf der Bauebene gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum verbindet. More preferably, different maximum angles g1 are defined for different values of a beam deflection angle a, with a beam deflection angle being defined as the arctangent of the quotient of the distance between the solidification point and the projection center and the length of the projection line of the beam deflection center, the projection line of the beam Deflection center is a plumb line precipitated on the building level, which connects the projection center with the beam deflection center.
Ein Strahlbündelablenkwinkel a ist hier als Winkel zwischen der Propagationsrichtung des Strahlbündels und dem Lot auf die Bauebene definiert. Je schräger das Strahlbündel auf die Bauebene auftrifft, also je größer der Strahlbündelablenkwinkel a ist, desto ausgeprägter werden die Effekte beim Auftreffen des Strahlbündels auf das Aufbaumaterial (insbesondere eine Materialverlagerung) sein und desto kleiner sollte der Maximalwinkel g1 gewählt werden. Daher bringt es Vorteile, in Regionen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum eines Strahlbündel-Ablenkzentrums sind, einen kleineren Maximalwinkel g1 zugrunde zu legen. Dabei ist es bereits vorteilhaft, wenn zumindest zwei unterschiedliche Werte des Maximalwinkels g1 zugrunde gelegt werden, wobei natürlich eine Abstufung mit drei, vier oder fünf unterschiedlichen Werten des Maximalwinkels g1 in Abhängigkeit vom Strahlbündelablenkwinkel a zu noch besseren Resultaten führt. A beam deflection angle a is defined here as the angle between the direction of propagation of the beam and the perpendicular to the building plane. The more obliquely the beam strikes the building plane, i.e. the larger the beam deflection angle a, the more pronounced the effects will be when the beam strikes the building material (in particular a material displacement) and the smaller the maximum angle g1 should be selected. It is therefore advantageous to use a smaller maximum angle g1 as a basis in regions which are further away from the projection center of a beam deflection center. It is already advantageous if at least two different values of the maximum angle g1 are used as a basis, whereby a gradation with three, four or five different values of the maximum angle g1 depending on the beam deflection angle a leads to even better results.
Weiter bevorzugt wird bei dem Verfahren festgelegt, dass zumindest zwei benachbarte Trajektorien in gleicher oder unterschiedlicher Richtung abgetastet werden, und unterschiedliche Strahlbündel zur Abtastung benachbarter Trajektorien verwendet werden. It is further preferably specified in the method that at least two adjacent trajectories are scanned in the same or different directions, and different beam bundles are used to scan adjacent trajectories.
Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist insbesondere dann offensichtlich, wenn die unterschiedlichen Strahlbündel unterschiedlichen Strahlbündel-Ablenkzentren zugeordnet sind. Dann kann ein Abtastvorgang schneller vonstatten gehen, weil ungeachtet des zeitlichen Vorteils einer zeitgleichen Abtastung von unterschiedlichen Stellen des Objektquerschnitts für jede Verfestigungsstelle immer jenes Strahlbündel zum Abtasten gewählt werden kann, welches infolge der Position des zugehörigen Projektionszentrums zum Umsetzen der bevorzugten Belichtungsweise günstig liegt. Insbesondere ist dann eine Abtastung benachbarter Trajektorien in alternierenden Richtungen möglich, wobei dies ggf. mit erhöhtem zeitlichem Versatz durchgeführt werden kann. Es ist möglich, bei der Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit der additiven Herstellvorrichtung während der Abtastung einen Gasstrom über die jeweilige Verfestigungsstelle zu leiten. In diesem Fall werden bevorzugt in dem zumindest einen Abschnitt eines Objektquerschnitts die Richtungen der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln beim Abtasten der Trajektorien so festgelegt, dass eine Richtungskomponente des Gasstroms entgegengesetzt der Richtung der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln ist. The advantage of this procedure is particularly evident when the different beam bundles are assigned to different beam bundle deflection centers. A scanning process can then proceed more quickly because, regardless of the temporal advantage of simultaneous scanning of different points of the object cross-section for each solidification point, that beam can always be selected for scanning which, due to the position of the associated projection center, is favorable for implementing the preferred mode of exposure. In particular, it is then possible to scan neighboring trajectories in alternating directions, it being possible for this to be carried out with an increased time offset, if necessary. When manufacturing a three-dimensional object with the additive manufacturing device, it is possible to guide a gas flow over the respective solidification point during the scanning. In this case, the directions of the motion vectors of the number of beam bundles when scanning the trajectories are preferably set in the at least one section of an object cross section such that a directional component of the gas flow is opposite to the direction of the motion vectors of the number of beam bundles.
Insbesondere kann der Winkel zwischen jedem der Bewegungsvektoren und der Richtung des Gasstroms größer als 90°, bevorzugt größer als 135°, weiter bevorzugt größer als 150° sein. Der optimale Fall läge vor, wenn die Richtung des Gasstroms jener der Bewegungsvektoren genau entgegengesetzt wäre. In particular, the angle between each of the motion vectors and the direction of the gas flow can be greater than 90 °, preferably greater than 135 °, more preferably greater than 150 °. The optimal case would be if the direction of the gas flow were exactly opposite to that of the motion vectors.
Im Ergebnis ist es möglich, durch eine zusätzliche Berücksichtigung der Orientierung des Gasstroms die mit der Erfindung erzielbaren Ergebnisse noch zu verbessern. As a result, it is possible to further improve the results that can be achieved with the invention by additionally taking into account the orientation of the gas flow.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wird das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum oberhalb der Bauebene zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird, wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel- Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, wobei zumindest ein Abschnitt eines Objektquerschnitts, Teilbereich für Teilbereich verfestigt wird, wobei in zumindest einem der Teilbereiche, dessen Verfestigungsstellen mit einem diesem Teilbereich zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden. In a further method according to the invention for controlling an energy input device of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object is manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building plane by means of the energy input device by supplying radiant energy Solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, in that these solidification points are scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane, each of the number of beam bundles having a beam deflection center above is assigned to the building level from which the beam is directed onto the building level, with each beam deflection center having a projection center is assigned which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center on the building plane, whereby at least one section of an object cross-section is solidified, sub-area by sub-area, wherein in at least one of the sub-areas, the solidification points of which are scanned with a beam bundle assigned to this sub-area, the sequence of the scanning of the trajectories is determined so that trajectories that are closer to the projection center of the beam bundle are to be scanned in front of trajectories that are further away from the projection center.
Die erwähnten Teilbereiche können im Prinzip eine beliebige Gestalt aufweisen. Bevorzugt wird eine Rechteck- oder Quadratgestalt gewählt, da dann die Trajektorien in einem Teilbereich häufig gleich lang oder im Wesentlichen gleich lang sind, wodurch eine bessere Homogenität beim Verfestigen erzielt werden kann. Ein im Wesentlichen paralleler Verlauf von zwei Trajektorien liegt dann vor, wenn sie auf mindestens 80%, bevorzugt mindestens 95% der Länge der kürzeren von beiden zueinander parallel sind. The sub-areas mentioned can in principle have any shape. A rectangular or square shape is preferably chosen, since then the trajectories in a partial area are often of the same length or essentially the same length, as a result of which better homogeneity can be achieved during solidification. Two trajectories are essentially parallel when they are parallel to one another for at least 80%, preferably at least 95% of the length of the shorter of the two.
Sofern für alle in einem Teilbereich vorhandenen Trajektorien das gleiche Verfahren zur Bestimmung ihres räumlichen Abstands vom Projektionszentrum zugrunde gelegt wird, gibt es keine Einschränkungen, wie der Abstand zu bestimmen ist. Beispielsweise kann ein Mittelwert der Abstände aller Punkte auf einer Trajektorie zum Projektionszentrum als Abstand der Trajektorie vom Projektionszentrum definiert werden. Denkbar wäre aberz.B. auch, jeweils das Minimum der Abstände aller Punkte auf einer Trajektorie vom Projektionszentrum als Abstand der Trajektorie vom Projektionszentrum zu definieren. If the same method for determining their spatial distance from the projection center is used as the basis for all trajectories present in a sub-area, there are no restrictions on how the distance is to be determined. For example, an average value of the distances of all points on a trajectory to the projection center can be defined as the distance of the trajectory from the projection center. However, it would be conceivable, for example. also to define the minimum of the distances of all points on a trajectory from the projection center as the distance of the trajectory from the projection center.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das zu additiv hergestellten Objekten mit verbesserter Homogenität führen kann, resultiert die Vorteilhaftigkeit aus dem Umstand, dass eine nicht isotrope Ablagerung von Material bei schrägem Auftreffen eines Strahlbündels auf die Bauebene berücksichtigt wird. Insbesondere werden bei einem schräg auftreffenden Strahlbündel beim Aufschmelzvorgang entstehende Verunreinigungen (z.B. teilweise aufgeschmolzenes Material) bevorzugt zum Projektionszentrum hin in der Bauebene abgelagert. Wenn Trajektorien, die einen geringeren Abstand zum Projektionszentrum haben, vor Trajektorien, die einen größeren Abstand zum Projektionszentrum haben, abgetastet werden, dann führt das dazu, dass die Trajektorien in einem Teilbereich, eine nach der anderen beginnend mit der dem Projektionszentrum nächstgelegenen und endend mit der vom Projektionszentrum am Weitesten entfernten abgetastet werden. Dies führt dazu, dass während des Abtastens einer Trajektorie entstehende Verunreinigungen sich stets auf bereits verfestigtem Aufbaumaterial (zum Projektionszentrum hin) ablagern. Dadurch wird eine verbesserte Homogenität des verfestigten Objekts erzielt, da die Verunreinigungen nicht den Verfestigungsvorgang der nachfolgenden Trajektorie beeinträchtigen können, wie es bei der umgekehrten Abtastreihenfolge der Fall wäre. Insbesondere ergibt sich eine verbesserte Homogenität unabhängig von der jeweiligen Orientierung eines Gasstroms über das Baufeld. In the method according to the invention, which can lead to additively manufactured objects with improved homogeneity, the advantage results from the fact that a non-isotropic deposition of material is taken into account when a beam of rays hits the building plane at an angle. In particular, in the case of a bundle of rays impinging obliquely during the melting process, impurities (eg partially melted material) are preferably deposited towards the projection center in the building plane. When trajectories that are closer to the projection center are followed by trajectories that are closer to the projection center greater distance from the projection center are scanned, then this leads to the trajectories being scanned in a partial area, one after the other, starting with the one closest to the projection center and ending with the one farthest away from the projection center. This leads to the fact that impurities arising during the scanning of a trajectory are always deposited on already solidified building material (towards the projection center). This improves the homogeneity of the solidified object, since the impurities cannot affect the solidification process of the subsequent trajectory, as would be the case with the reverse scanning sequence. In particular, there is an improved homogeneity regardless of the respective orientation of a gas flow over the construction field.
Bevorzugt werden in einem Teilbereich, in dem die Trajektorien im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden, die Richtungen der Bewegungsvektoren entlang der Trajektorien so festgelegt, dass an jeder der Verfestigungsstellen der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des für diesen Teilbereich verwendeten Strahlbündels hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel g1 ist. In a sub-area in which the trajectories run essentially parallel to one another and the sequence of the scanning of the trajectories is determined in such a way that trajectories that are closer to the projection center of the beam are scanned before trajectories that are further away from the projection center are preferred, the directions of the motion vectors along the trajectories are set so that at each of the solidification points the motion vector has an angle with respect to a connection vector from this solidification point to the projection center of the beam used for this sub-area, which is smaller than a predetermined maximum angle g1.
Durch die beschriebene Vorgehensweise werden die Vorteile einer vorteilhaften Wahl der Richtung des Bewegungsvektors beim Abtasten der Trajektorien mit jenen bei einer vorteilhaften Wahl der Abtastreihenfolge der Trajektorien kombiniert, wodurch noch homogenere Bauteile erzielt werden können. Um gute Resultate zu erzielen, wird bevorzugt ein Maximalwinkel g1 von 90° gewählt. Allerdings sind auch mit einem Maximalwinkel zwischen 90° und 135° noch zufriedenstellende Ergebnisse erzielbar. Je geringer der Maximalwinkel, desto bessere Resultate lassen sich erzielen. Daher kann in Abhängigkeit von den Qualitätsanforderungen auch ein Maximalwinkel von 75°, 60°, 45°, etc. gewählt werden. Weiter bevorzugt wird zur Bestimmung der Nähe einer Trajektorie zum Projektionszentrum für jede der Trajektorien ein Referenzpunkt-Verbindungsvektor von einem Referenzpunkt auf der jeweiligen Trajektorie, bevorzugt von einem Anfangspunkt der jeweiligen Trajektorie, zum Projektionszentrum konstruiert wird und die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente des Referenzpunkt-Verbindungsvektors bestimmt, wobei festgelegt wird, dass für jeweils zwei Trajektorien, bei denen sich die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente unterscheidet, jene Trajektorie näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegt, bei der die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente kleiner ist. The procedure described combines the advantages of an advantageous choice of the direction of the motion vector when scanning the trajectories with those of an advantageous choice of the scanning sequence of the trajectories, so that even more homogeneous components can be achieved. In order to achieve good results, a maximum angle g1 of 90 ° is preferably chosen. However, even with a maximum angle between 90 ° and 135 °, satisfactory results can still be achieved. The lower the maximum angle, the better results can be achieved. Therefore, depending on the quality requirements, a maximum angle of 75 °, 60 °, 45 °, etc. can also be selected. In order to determine the proximity of a trajectory to the projection center for each of the trajectories, a reference point connection vector is preferably constructed from a reference point on the respective trajectory, preferably from a starting point of the respective trajectory, to the projection center and the length of the component of the perpendicular to the trajectory Reference point connection vector determined, whereby it is established that for each two trajectories in which the length of the component perpendicular to the trajectory differs, that trajectory is closer to the projection center of the beam, in which the length of the component perpendicular to the trajectory is smaller is.
Ein Referenzpunkt auf einer Trajektorie ist hierbei ein Punkt, dessen Abstände zum Anfangs- und Endpunkt der Trajektorie einem vordefinierten Verhältnis genügen. Insbesondere kann dies jeweils der Anfangspunkt oder der Endpunkt der Trajektorie sein. Wenn benachbarte Trajektorien in entgegengesetzten Richtungen durchlaufen werden, kann als Referenzpunkt beispielweise jener Punkt festgelegt werden, der zum Anfangspunkt und zum Endpunkt den gleichen Abstand aufweist. Die beschriebene Vorgehensweise bei der Festlegung der Abstände der Trajektorien vom Projektionszentrum ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Trajektorien nicht senkrecht auf den Verbindungsvektoren vom Projektionszentrum zu den jeweiligen Anfangspunkten der Trajektorien stehen. A reference point on a trajectory is a point whose distances from the start and end points of the trajectory meet a predefined ratio. In particular, this can be the starting point or the end point of the trajectory. If neighboring trajectories are traversed in opposite directions, the reference point can, for example, be defined as that point which is at the same distance from the starting point and the end point. The procedure described for determining the distances between the trajectories and the projection center is particularly advantageous when the trajectories are not perpendicular to the connection vectors from the projection center to the respective starting points of the trajectories.
Weiter bevorzugt weist in einem Teilbereich, in dem die Trajektorien im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden, der Bewegungsvektor an zumindest einer Verfestigungsstelle einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des verwendeten Strahlbündels hin auf, der größer als ein vorbestimmter Minimalwinkel g2 ist. More preferably, in a sub-area in which the trajectories run essentially parallel to one another and the order of the scanning of the trajectories is determined in such a way that trajectories that are closer to the projection center of the beam are scanned before trajectories that are further away from the projection center , the motion vector at at least one solidification point an angle with respect to a connection vector from this solidification point to the projection center of the beam bundle used, which is greater than a predetermined minimum angle g2.
Wenn der Bewegungsvektor des Strahlbündels beim Abtasten der Trajektorien einen kleinen Winkel gegenüber dem Verbindungsvektor einer Verfestigungsstelle auf der Trajektorie zum Projektionszentrum aufweist, dann werden beim schrägen Auftreffen des Strahlbündels auf die Bauebene die Verunreinigungen näherungsweise entlang der Trajektorie selbst abgelagert. Eine Beeinträchtigung benachbarter Trajektorien ist dann nicht so groß. Daher ist es sinnvoll, einen Minimalwinkel g2 zu definieren und erst bei Überschreiten dieses Minimalwinkels eine bestimmte Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien festzulegen. Bevorzugt kann ein Wert von 45° für den Minimalwinkel gewählt werden, noch bevorzugter ein Wert von 60°, noch weiter bevorzugt ein Wert von 75°. If the motion vector of the beam when scanning the trajectories has a small angle with respect to the connection vector of a solidification point on the trajectory to the projection center, then when it hits at an angle of the beam on the building level, the impurities are deposited approximately along the trajectory itself. An impairment of neighboring trajectories is then not so great. It is therefore sensible to define a minimum angle g2 and to determine a specific sequence for scanning the trajectories only when this minimum angle is exceeded. A value of 45 ° can preferably be selected for the minimum angle, more preferably a value of 60 °, even more preferably a value of 75 °.
Es sei noch bemerkt, dass es auch möglich ist, für Bewegungsvektoren, die auf unterschiedlichen Seiten des Verbindungsvektors liegen, für den Minimalwinkel g2 unterschiedliche Werte vorzugeben. It should also be noted that it is also possible to specify different values for the minimum angle g2 for motion vectors which lie on different sides of the connection vector.
Bevorzugt werden für unterschiedliche Werte eines Strahlbündelablenkwinkels a unterschiedliche Minimalwinkel g2 festgelegt, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand der Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum und der Länge der Projektionslinie des Strahlbündel- Ablenkzentrums definiert ist, wobei die Projektionslinie des Strahlbündel- Ablenkzentrums ein auf der Bauebene gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum verbindet. Preferably, different minimum angles g2 are set for different values of a beam deflection angle a, a beam deflection angle being defined as the arctangent of the quotient of the distance between the solidification point and the projection center and the length of the projection line of the beam deflection center, the projection line of the beam deflection center being defined on the construction plane is a precipitated plumb line that connects the projection center with the beam deflection center.
Je schräger das Strahlbündel auf die Bauebene auftrifft, desto ausgeprägter wird die Ablagerung von Verunreinigungen in einer Vorzugsrichtung sein. Daher bringt es Vorteile, in Regionen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum eines Strahlbündel- Ablenkzentrums sind, einen geringeren Minimalwinkel g2 zugrunde zu legen. Dabei ist es bereits vorteilhaft, wenn zumindest zwei unterschiedliche Werte des Minimalwinkels g2 zugrunde gelegt werden. The more obliquely the beam hits the building plane, the more pronounced the deposition of impurities will be in a preferred direction. It is therefore advantageous to use a smaller minimum angle g2 as a basis in regions which are further away from the projection center of a beam deflection center. It is already advantageous if at least two different values of the minimum angle g2 are used as a basis.
Es ist möglich, bei der Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit der additiven Herstellvorrichtung während der Abtastung einen Gasstrom über die jeweilige Verfestigungsstelle zu leiten. In diesem Fall wird bevorzugt für die Abtastung der Verfestigungsstellen in dem zumindest einen der Teilbereiche ein Strahlbündel- Ablenkzentrum gewählt, für das eine Richtungskomponente des Gasstroms von den Verfestigungsstellen zum dem Strahlbündel-Ablenkzentrum zugeordneten Projektionszentrum zeigt. When manufacturing a three-dimensional object with the additive manufacturing device, it is possible to guide a gas flow over the respective solidification point during the scanning. In this case, a beam deflection center is preferably selected for scanning the solidification points in the at least one of the subregions, for which a directional component of the gas flow from the Shows solidification points to the projection center assigned to the beam deflection center.
Insbesondere kann dabei der Winkel zwischen der Richtung des Gasstroms und der Verbindungslinie zwischen Verfestigungsstelle und Projektionszentrum kleiner als 90°, bevorzugt kleiner als 45°, weiter bevorzugt kleiner als 30° gewählt werden. Der optimale Fall läge vor, wenn der Gasstrom genau zum Projektionszentrum hinzeigt. In particular, the angle between the direction of the gas flow and the connecting line between the solidification point and the projection center can be selected to be less than 90 °, preferably less than 45 °, more preferably less than 30 °. The optimal case would be when the gas flow points exactly to the center of the projection.
Im Ergebnis ist es möglich, durch eine zusätzliche Berücksichtigung der Orientierung des Gasstroms die mit der Erfindung erzielbaren Ergebnisse noch zu verbessern. As a result, it is possible to further improve the results that can be achieved with the invention by additionally taking into account the orientation of the gas flow.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wird das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum oberhalb der Bauebene zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird, wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel- Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, wobei zumindest ein Abschnitt eines Objektquerschnitts, Teilbereich für Teilbereich verfestigt wird, wobei die zeitliche Reihenfolge der Abtastung von Teilbereichen, deren Verfestigungsstellen mit einem diesen Teilbereichen zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, so festgelegt wird, dass Teilbereiche, die näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegen, vor Teilbereichen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden. In a further method according to the invention for controlling an energy input device of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object is manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building plane by means of the energy input device by supplying radiant energy Solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, in that these solidification points are scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane, each of the number of beam bundles having a beam deflection center above is assigned to the building level from which the beam is directed onto the building level, with a projection center for each beam deflection center which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center onto the building plane, with at least one section of an object cross-section being solidified, sub-area by sub-area, the chronological sequence of the scanning of sub-areas whose solidification points are scanned with a beam assigned to these sub-areas , is determined in such a way that sub-areas, which are closer to the projection center of the beam, are scanned in front of subregions which are further away from the projection center.
Die erwähnten Teilbereiche können im Prinzip eine beliebige Gestalt aufweisen. Weiterhin können die Teilbereiche prinzipiell eine beliebige Gestalt aufweisen und auch die Flächen der unterschiedlichen Teilbereiche können unterschiedlich groß sein. Ferner muss das Aufbaumaterial innerhalb der Teilbereiche nicht zwingend entlang von geradlinigen Trajektorien verfestigt werden. Denkbar wäre auch eine Abtastung entlang einer Zykloidenbahn (im Fachjargon als 'Wobbeln" bezeichnet). Wenn allerdings die Trajektorien in einem Teilbereich im Wesentlichen parallel und im Wesentlichen gleich lang gewählt werden, wird bevorzugt gleichzeitig eine Rechteck oder Quadratgestalt der Teilbereiche gewählt. Ein im Wesentlichen paralleler Verlauf von zwei Trajektorien liegt dann vor, wenn sie auf mindestens 80%, bevorzugt mindestens 95% der Länge der kürzeren von beiden zueinander parallel sind. Bei einer Rechteck- oder Quadratgestalt der Teilbereiche lässt sich weiterhin besonders gut ein Abschnitt eines Objektquerschnitts mit Teilbereichen, die ohne Lücken aneinander grenzen, überdecken. The sub-areas mentioned can in principle have any shape. Furthermore, the sub-areas can in principle have any shape and the areas of the different sub-areas can also be of different sizes. Furthermore, the building material does not necessarily have to be solidified along straight trajectories within the partial areas. Scanning along a cycloid path would also be conceivable (referred to as "wobbling" in technical jargon). However, if the trajectories in a sub-area are selected to be essentially parallel and essentially of the same length, a rectangle or square shape of the sub-areas is preferably selected at the same time A parallel course of two trajectories exists when they are parallel to one another for at least 80%, preferably at least 95% of the length of the shorter of the two. that are adjacent to each other without any gaps.
Sofern für alle Teilbereiche das gleiche Verfahren zur Bestimmung ihres räumlichen Abstands vom Projektionszentrum zugrunde gelegt wird, gibt es keine Einschränkungen, wie der Abstand zu bestimmen ist. Beispielsweise kann ein Mittelwert der Abstände aller innerhalb eines Teilbereichs zu verfestigenden Stellen vom Projektionszentrum als Abstand des Teilbereichs vom Projektionszentrum definiert werden. Denkbar wäre aberz.B. auch, jeweils das Minimum der Abstände aller innerhalb eines Teilbereichs zu verfestigenden Stellen vom Projektionszentrum als Abstand des Teilbereichs vom Projektionszentrum zu definieren. If the same method for determining their spatial distance from the projection center is used as a basis for all sub-areas, there are no restrictions on how the distance is to be determined. For example, a mean value of the distances from all points to be solidified within a sub-area from the projection center can be defined as the distance of the sub-area from the projection center. However, it would be conceivable, for example. also to define the minimum of the distances between all points to be consolidated within a sub-area from the projection center as the distance of the sub-area from the projection center.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das zu additiv hergestellten Objekten mit verbesserter Homogenität führen kann, resultiert die Vorteilhaftigkeit ebenfalls aus dem Umstand, dass eine nicht isotrope bzw. räumlich ungleichmäßig verteilte Ablagerung von Verunreinigungen bei schrägem Auftreffen eines Strahlbündels auf die Bauebene berücksichtigt wird. Wie bereits oben erwähnt wurde, werden bei einem schräg auftreffenden Strahlbündel die Verunreinigungen bevorzugt zum Projektionszentrum hin in der Bauebene abgelagert. Wenn Teilbereiche, denen für eine Abtastung das gleiche Strahlbündel zugeordnet ist, so abgetastet werden, dass jene Teilbereiche, die einen geringeren Abstand zum Projektionszentrum des Strahlbündels haben, vor Teilbereichen, die einen größeren Abstand zum Projektionszentrum haben, abgetastet werden, dann führt das dazu, dass die Teilbereiche, einer nach dem anderen beginnend mit dem dem Projektionszentrum nächstgelegenen und endend mit dem vom Projektionszentrum am Weitesten entfernten abgetastet werden. Dies führt dazu, dass während des Abtastens eines Teilbereichs entstehende Verunreinigungen sich stets auf bereits verfestigtem Aufbaumaterial (zum Projektionszentrum hin) ablagern. Dadurch wird eine verbesserte Homogenität des verfestigten Objekts erzielt, da die Verunreinigungen nicht den Verfestigungsvorgang des nachfolgenden Teilbereichs beeinträchtigen können, wie es bei der umgekehrten Abtastreihenfolge der Fall wäre. Insbesondere ergibt sich eine verbesserte Homogenität unabhängig von der jeweiligen Orientierung eines Gasstroms über das Baufeld. In the method according to the invention, which can lead to additively manufactured objects with improved homogeneity, the advantage also results from the fact that a non-isotropic or spatially unevenly distributed deposit of impurities is taken into account when a beam hits the building plane at an angle. As already mentioned above, in the case of a beam impinging at an angle, the impurities are preferred to the Projection center deposited in the building level. If sub-areas to which the same beam bundle is assigned for a scan are scanned in such a way that those sub-areas that have a smaller distance from the projection center of the beam are scanned before sub-areas that are a greater distance from the projection center, then this leads to that the partial areas are scanned one after the other, starting with the one closest to the projection center and ending with the one furthest away from the projection center. This has the result that impurities that arise during the scanning of a partial area are always deposited on already solidified building material (towards the projection center). This improves the homogeneity of the solidified object, since the impurities cannot impair the solidification process of the subsequent sub-area, as would be the case with the reverse scanning sequence. In particular, there is an improved homogeneity regardless of the respective orientation of a gas flow over the construction field.
Bevorzugt weist in den Teilbereichen, für die die zeitliche Reihenfolge der Abtastung festgelegt wird, an jeder der Verfestigungsstellen der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des für diesen Teilbereich verwendeten Strahlbündels hin auf, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel g1 ist. In the subregions for which the temporal sequence of scanning is defined, the motion vector at each of the solidification points preferably has an angle with respect to a connection vector from this solidification point to the projection center of the beam used for this partial area, which is smaller than a predetermined maximum angle g1.
Durch die beschriebene Vorgehensweise werden die Vorteile einer vorteilhaften Wahl der Richtung des Bewegungsvektors beim Abtasten der Trajektorien mit jenen bei einer vorteilhaften Wahl der Abtastreihenfolge der Teilbereiche kombiniert, wodurch noch homogenere Bauteile erzielt werden können. Um gute Resultate zu erzielen, wird bevorzugt ein Maximalwinkel g1 von 90° gewählt. Allerdings sind auch mit einem Maximalwinkel zwischen 90° und 135° noch zufriedenstellende Ergebnisse erzielbar. Je geringer der Maximalwinkel, desto bessere Resultate lassen sich erzielen. Daher kann in Abhängigkeit von den Qualitätsanforderungen auch ein Maximalwinkel von 75°, 60°, 45°, etc. gewählt werden. Bevorzugt wird in zumindest einem Teilbereich, dessen Verfestigungsstellen mit einem diesem Teilbereich zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden. The procedure described combines the advantages of an advantageous choice of the direction of the motion vector when scanning the trajectories with those of an advantageous choice of the scanning sequence of the partial areas, so that even more homogeneous components can be achieved. In order to achieve good results, a maximum angle g1 of 90 ° is preferably chosen. However, even with a maximum angle between 90 ° and 135 °, satisfactory results can still be achieved. The lower the maximum angle, the better results can be achieved. Therefore, depending on the quality requirements, a maximum angle of 75 °, 60 °, 45 °, etc. can also be selected. Preferably, in at least one sub-area whose solidification points are scanned with a beam bundle assigned to this sub-area, the sequence of scanning of the trajectories is set in such a way that trajectories that are closer to the projection center of the beam are scanned before trajectories that are further away from the projection center .
Sofern für alle in einem Teilbereich vorhandenen Trajektorien das gleiche Verfahren zur Bestimmung ihres räumlichen Abstands vom Projektionszentrum zugrunde gelegt wird, gibt es keine Einschränkungen, wie der Abstand zu bestimmen ist. Beispielsweise kann ein Mittelwert der Abstände aller Punkte auf einer Trajektorie zum Projektionszentrum als Abstand der Trajektorie vom Projektionszentrum definiert werden. Denkbar wäre aberz.B. auch, jeweils das Minimum der Abstände aller Punkte auf einer Trajektorie zum Projektionszentrum als Abstand der Trajektorie vom Projektionszentrum zu definieren. If the same method for determining their spatial distance from the projection center is used as the basis for all trajectories present in a sub-area, there are no restrictions on how the distance is to be determined. For example, an average value of the distances of all points on a trajectory to the projection center can be defined as the distance of the trajectory from the projection center. However, it would be conceivable, for example. also to define the minimum of the distances of all points on a trajectory to the projection center as the distance of the trajectory from the projection center.
Durch die beschriebene Vorgehensweise werden die Vorteile einer vorteilhaften Wahl der Abtastreihenfolge der Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs, bevorzugt innerhalb jedes der Teilbereiche, mit jenen bei einer vorteilhaften Wahl der Abtastreihenfolge der Teilbereiche kombiniert, wodurch homogenere Bauteile erzielt werden können. The procedure described combines the advantages of an advantageous selection of the scanning sequence of the trajectories within a sub-area, preferably within each of the sub-areas, with those of an advantageous selection of the scanning sequence of the sub-areas, whereby more homogeneous components can be achieved.
Weiter bevorzugt wird als Maß für den Abstand eines Teilbereichs vom Projektionszentrum das Minimum der Abstände der Verfestigungsstellen in dem Teilbereich vom Projektionszentrum verwendet. More preferably, the minimum of the distances between the solidification points in the partial area from the projection center is used as the measure for the distance of a sub-area from the projection center.
Mit der beschriebenen Definition des Abstands eines Teilbereichs vom Projektionszentrum lässt sich auf einfache Weise eine Abtastreihenfolge der Teilbereiche definieren. With the described definition of the distance of a sub-area from the projection center, a scanning sequence of the sub-areas can be defined in a simple manner.
Weiter bevorzugt weist der Abschnitt eine Mehrzahl von Teilbereichen auf, die in einer Draufsicht auf die Bauebene eine Rechteckgestalt aufweisen, wobei die Trajektorien in dem Abschnitt im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen parallel zu den Querseiten der Teilbereiche verlaufen, wobei als Maß für den Abstand eines Teilbereichs vom Projektionszentrum die Länge eines Lots vom Projektionszentrum auf eine durch einen Teilbereich parallel zu einer Längsseite verlaufende Gerade verwendet wird. The section further preferably has a plurality of sub-areas which have a rectangular shape in a plan view of the building plane, the trajectories in the section running essentially parallel to one another and essentially parallel to the transverse sides of the sub-areas, with one as a measure of the distance Subarea from the projection center the length of a perpendicular from the projection center to a straight line running through a subarea parallel to a longitudinal side is used.
Mit solch einer Definition des Abstands eines Teilbereichs vom Projektionszentrum kann insbesondere für nebeneinander liegende rechteckige Teilbereiche auf definierte Weise eine Abtastreihenfolge festgelegt werden. With such a definition of the distance of a sub-area from the projection center, a scanning sequence can be established in a defined manner, in particular for rectangular sub-areas lying next to one another.
Weiter bevorzugt weisen bei der Verfestigung von in unterschiedlichen Schichten vorhandenen Querschnitten des Objekts die Längsseiten der Mehrzahl von Teilbereichen in den unterschiedlichen Schichten eine veränderte Orientierung in der Bauebene auf. More preferably, when cross-sections of the object present in different layers are solidified, the longitudinal sides of the plurality of subregions in the different layers have a changed orientation in the building plane.
Eine veränderte Orientierung der Teilbereiche in der Bauebene von Schicht zu Schicht kann zu einer Reduzierung der Anisotropie der Eigenschaften der hergestellten Objekte führen. Je häufiger die Teilbereiche von Schicht zu Schicht rotiert werden, desto isotropere Eigenschaften in einer zur Bauebene parallelen Ebene sind erzielbar. Wenn die Orientierung der Trajektorien in den Teilbereichen beispielsweise so gewählt wird, dass die Trajektorien stets unter einem spezifizierten Winkel die Längsseiten der Teilbereiche schneiden, dann resultiert aus einer unterschiedlichen Orientierung der Teilbereiche von Schicht zu Schicht auch eine unterschiedliche Orientierung der Trajektorien in ihnen von Schicht zu Schicht. Daraus kann sich eine unterschiedliche Festlegung der Abtastreihenfolge der Teilbereiche von Schicht zu Schicht ergeben und insbesondere eine unterschiedliche Zuordnung von Laserstrahlbündel-Ablenkzentren zu Teilbereichen, um für eine optimierte Richtung der Bewegungsvektoren und Abtastreihenfolgen in Bezug auf das jeweilige Projektionszentrum zu sorgen. Insbesondere kann ein Schichtrotationswinkel d, um den die Teilbereiche von Schicht zu Schicht rotiert werden, in Abhängigkeit von einem für die Teilbereiche vorgegebenen Maximalwinkel g1 und/oder Minimalwinkel g2 festgelegt werden. A changed orientation of the sub-areas in the building plane from layer to layer can lead to a reduction in the anisotropy of the properties of the manufactured objects. The more frequently the subregions are rotated from layer to layer, the more isotropic properties can be achieved in a plane parallel to the building plane. If the orientation of the trajectories in the sub-areas is chosen such that the trajectories always intersect the long sides of the sub-areas at a specified angle, then the different orientation of the sub-areas from layer to layer also results in a different orientation of the trajectories in them from layer to layer Layer. This can result in a different definition of the scanning sequence of the sub-areas from layer to layer and in particular a different assignment of laser beam deflection centers to sub-areas in order to ensure an optimized direction of the motion vectors and scanning sequences in relation to the respective projection center. In particular, a slice rotation angle d, by which the subregions are rotated from slice to slice, can be defined as a function of a maximum angle g1 and / or minimum angle g2 predetermined for the subregions.
Weiter bevorzugt weist in jedem der Teilbereiche, für die die zeitliche Reihenfolge der Abtastung festgelegt wird, der Bewegungsvektor an einer Verfestigungsstelle einen Winkel gegenüber einer geraden Verbindungslinie von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des verwendeten Strahlbündels hin auf, der größer als ein vorbestimmter Minimalwinkel g2 ist. More preferably, in each of the sub-areas for which the temporal sequence of the scanning is defined, the motion vector has one at a solidification point Angle with respect to a straight connecting line from this solidification point to the projection center of the beam bundle used, which is greater than a predetermined minimum angle g2.
Wenn die Verlaufsrichtung der Trajektorien einen kleinen Winkel gegenüber dem Verbindungsvektor einer Verfestigungsstelle auf der Trajektorie zum Projektionszentrum hin aufweist, dann werden beim schrägen Auftreffen des Strahlbündels auf die Bauebene die Verunreinigungen näherungsweise entlang der Trajektorie selbst abgelagert. Eine Beeinträchtigung benachbarter Trajektorien ist dann nicht so groß. Daher ist es sinnvoll, einen Minimalwinkel g2 zu definieren und erst bei Überschreiten dieses Minimalwinkels eine bestimmte Reihenfolge der Abtastung der Teilbereiche festzulegen. Bevorzugt kann ein Wert von 45° für den Minimalwinkel gewählt werden, noch bevorzugter ein Wert von 60°, noch weiter bevorzugt ein Wert von 75°. If the direction of the trajectories has a small angle with respect to the connection vector of a solidification point on the trajectory towards the projection center, then when the beam hits the building plane at an angle, the impurities are deposited approximately along the trajectory itself. An impairment of neighboring trajectories is then not so great. It is therefore sensible to define a minimum angle g2 and to determine a certain sequence of scanning of the partial areas only when this minimum angle is exceeded. A value of 45 ° can preferably be selected for the minimum angle, more preferably a value of 60 °, even more preferably a value of 75 °.
Es ist möglich, bei der Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit der additiven Herstellvorrichtung während der Abtastung einen Gasstrom über die jeweilige Verfestigungsstelle zu leiten. In diesem Fall wird bevorzugt für die Abtastung der Verfestigungsstellen in dem zumindest einen Abschnitt eines Objektquerschnitts ein Strahlbündel-Ablenkzentrum gewählt, für das eine Richtungskomponente des Gasstroms von den Verfestigungsstellen zum dem Strahlbündel-Ablenkzentrum zugeordneten Projektionszentrum zeigt. When manufacturing a three-dimensional object with the additive manufacturing device, it is possible to guide a gas flow over the respective solidification point during the scanning. In this case, a beam deflection center is preferably selected for scanning the solidification points in the at least one section of an object cross-section, for which a directional component of the gas flow points from the solidification points to the projection center assigned to the beam deflection center.
Insbesondere kann dabei der Winkel zwischen der Richtung des Gasstroms und der Verbindungslinie zwischen Verfestigungsstelle und Projektionszentrum kleiner als 90°, bevorzugt kleiner als 45°, weiter bevorzugt kleiner als 30° gewählt werden. Der optimale Fall läge vor, wenn der Gasstrom genau zum Projektionszentrum hinzeigt. In particular, the angle between the direction of the gas flow and the connecting line between the solidification point and the projection center can be selected to be less than 90 °, preferably less than 45 °, more preferably less than 30 °. The optimal case would be when the gas flow points exactly to the center of the projection.
Im Ergebnis ist es möglich, durch eine zusätzliche Berücksichtigung der Orientierung des Gasstroms die mit der Erfindung erzielbaren Ergebnisse noch zu verbessern. As a result, it is possible to further improve the results that can be achieved with the invention by additionally taking into account the orientation of the gas flow.
Weiter bevorzugt wird ein erfindungsgemäßes Verfahren für einen Abschnitt durchgeführt, der zumindest eine Verfestigungsstelle aufweist, bei deren Abtastung ein Strahlbündelablenkwinkel einen Ablenkminimalwinkel a1 überschreitet, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand der Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum und der Länge der Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums definiert ist, wobei die Projektionslinie des Strahlbündel- Ablenkzentrums ein auf der Bauebene gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum verbindet. A method according to the invention is also preferably carried out for a section which has at least one solidification point when it is scanned a beam deflection angle exceeds a minimum deflection angle a1, where a beam deflection angle is defined as the arctangent of the quotient of the distance between the solidification point and the projection center and the length of the projection line of the beam deflection center, the projection line of the beam deflection center being a perpendicular precipitated on the building plane, which is the Projection center connects with the beam deflection center.
Je schräger das Strahlbündel auf die Bauebene auftrifft, desto ausgeprägter wird die Ablagerung von Verunreinigungen in einer Vorzugsrichtung sein. Daher kann man für kleine Strahlbündelablenkwinkel eher auf die Vorgehensweise gemäß der Erfindung verzichten. Zur Ermittlung des Ablenkminimalwinkels a1 kann man Vorversuche mit dem zu verwendenden Aufbaumaterial und den anzuwendenden Strahlparametern (z.B. Laserleistung, Strahldurchmesser, etc.) durchführen. Der Ablenkminimalwinkel a1 wird dabei auch davon abhängen, welches Ausmaß an Inhomogenitäten im verfestigten Aufbaumaterial im herzustellenden Objekt akzeptabel ist. Erfahrungsgemäß wird man für die meisten als Aufbaumaterial verwendeten metallhaltigen Pulver für übliche Anforderungen an die Bauteilhomogenität einen Ablenkminimalwinkel a1 festlegen können, der größer oder gleich 16°, bevorzugt größer oder gleich 13°, weiter bevorzugt größer oder gleich 10°, besonders bevorzugt größer oder gleich 7.5° ist, wählen können. The more obliquely the beam hits the building plane, the more pronounced the deposition of impurities will be in a preferred direction. Therefore, for small beam deflection angles, the procedure according to the invention can be dispensed with. To determine the minimum deflection angle a1, preliminary tests can be carried out with the construction material to be used and the beam parameters to be used (e.g. laser power, beam diameter, etc.). The minimum deflection angle a1 will also depend on the extent of inhomogeneities in the solidified building material that is acceptable in the object to be produced. Experience has shown that for most of the metal-containing powders used as building material, for the usual requirements for component homogeneity, a minimum deflection angle a1 can be set that is greater than or equal to 16 °, preferably greater than or equal to 13 °, more preferably greater than or equal to 10 °, particularly preferably greater than or equal to 7.5 ° is, can choose.
Weiter bevorzugt wird für die Abtastung des Aufbaumaterials entlang einer Trajektorie jeweils ein Strahlbündel verwendet, dessen Strahlbündelablenkwinkel a einen vorgegebenen Ablenkmaximalwinkel a2 nicht übersteigt, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand einer Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum und der Länge der Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums definiert ist, wobei die Projektionslinie des Strahlbündel- Ablenkzentrums ein auf der Bauebene gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum verbindet. For the scanning of the construction material along a trajectory, a beam is also preferably used, the beam deflection angle a of which does not exceed a predetermined maximum deflection angle a2, a beam deflection angle being defined as the arctangent of the quotient of the distance of a solidification point from the projection center and the length of the projection line of the beam deflection center where the projection line of the beam deflection center is a plumb line precipitated on the building plane, which connects the projection center with the beam deflection center.
Das beschriebene Vorgehen bietet sich in Fällen an, in denen eine Mehrzahl von Strahlbündel-Ablenkzentren vorhanden ist. Es kann dann beim Abtasten des Aufbaumaterials eine verstärkte einseitige Ablagerung von Verunreinigungen auf der Bauebene vermieden werden. Bevorzugt ist der Ablenkmaximalwinkel a2 mit jenem Ablenkminimalwinkel a1 identisch, bei dessen Überschreitung gemäß der Erfindung vorgegangen werden sollte. The procedure described is appropriate in cases in which there are a plurality of beam deflection centers. When the building material is scanned, there may be increased unilateral deposition of impurities on the Construction level can be avoided. The maximum deflection angle a2 is preferably identical to that minimum deflection angle a1, which should be followed in accordance with the invention if it is exceeded.
Weiter bevorzugt werden für einen größeren Wert eines Strahlbündelablenkwinkels a andere Energieeintragsparameterwerte spezifiziert als für einen kleineren Wert des Strahlbündelablenkwinkels a, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel definiert ist als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand einer Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum und der Länge der Projektionslinie des Strahlbündel- Ablenkzentrums, wobei die Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums ein auf der Bauebene gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum mit dem Strahlbündel- Ablenkzentrum verbindet. More preferably, different energy input parameter values are specified for a larger value of a beam deflection angle a than for a smaller value of the beam deflection angle a, a beam deflection angle being defined as the arctangent of the quotient of the distance of a solidification point from the projection center and the length of the projection line of the beam deflection center, where the The projection line of the beam deflection center is a plumb line precipitated on the building level, which connects the projection center with the beam deflection center.
Die Erfinder konnten feststellen, dass durch eine Abänderung der Energieeintragsparameter, also z.B. der Laserleistung, der Ablenkgeschwindigkeit bei der Abtastung mit einem Strahlbündel, etc., der verstärkten Ablagerung von Verunreinigungen auf der Bauebene mit zunehmendem Strahlbündelablenkwinkel entgegengewirkt werden kann. The inventors were able to determine that by changing the energy input parameters, e.g. the laser power, the deflection speed when scanning with a beam, etc., the increased deposition of impurities on the construction level with increasing beam deflection angle can be counteracted.
Weiter bevorzugt wird die Anzahl der Wechsel von einem Strahlbündel zu einem anderen Strahlbündel während der Abtastung der Trajektorien in dem Abschnitt auf einen Maximalwert M begrenzt. Furthermore, the number of changes from one beam to another beam is preferably limited to a maximum value M during the scanning of the trajectories in the section.
Bei einer Abtastung eines Abschnitts mit mehreren Strahlbündeln, die unterschiedlichen Strahlbündel-Ablenkzentren entstammen, wird unter einem Wechsel von einem Strahlbündel zu einem anderen Strahlbündel eine Abtastung einer ersten Verfestigungsstelle mit einem ersten Strahlbündel und eine Abtastung einer unmittelbar neben der ersten Verfestigungsstelle liegenden zweiten Verfestigungsstelle mit einem zweiten Strahlbündel verstanden. Insbesondere wenn durch eine Unterbrechung des Abtastvorgangs mit einem ersten Strahlbündel und die Fortsetzung des Abtastvorgangs mit einem zweiten Strahlbündel für eine optimierte Richtung des Bewegungsvektors bei der Abtastung gesorgt wird, dann kann dies zu einer zeitlichen Verlängerung des Abtastvorgangs führen, weshalb durch die Festlegung eines Maximalwerts M für die Anzahl der Wechsel dafür gesorgt werden kann, dass eine gewünschte Fertigungszeit des herzustellenden Objekts nicht überschritten wird. When scanning a section with several bundles of rays, which originate from different bundle deflection centers, a scan of a first solidification point with a first beam and a second solidification point immediately next to the first solidification point with a second beam understood. In particular, if an interruption of the scanning process with a first beam and the continuation of the scanning process with a second beam ensure an optimized direction of the motion vector during scanning, then this can lead to a temporal extension of the scanning process, which is why the Establishing a maximum value M for the number of changes, it can be ensured that a desired production time of the object to be produced is not exceeded.
Weiter bevorzugt wird der Maximalwert M abhängig von Vorgaben für eine Qualität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts festgelegt. Furthermore, the maximum value M is preferably determined as a function of specifications for a quality of the section and / or a production time of the object.
Bevorzugt werden Vorgaben für eine Qualität bzw. Flomogenität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts mittels einer Bedienereingabe an einem Eingabeterminal, insbesondere einer graphischen Bedieneroberfläche, gemacht. Dadurch kann ein Bediener individuell für ein zu fertigendes Objekt festlegen, welche Abschnitte eines Objektquerschnitts eine hohe Homogenität aufweisen müssen und welche Vorgaben hinsichtlich der Bauzeit (= Fertigungszeit) gemacht werden. Preferably, specifications for a quality or homogeneity of the section and / or a production time of the object are made by means of an operator input on an input terminal, in particular a graphical operator interface. As a result, an operator can individually determine for an object to be manufactured which sections of an object cross-section must have a high degree of homogeneity and which specifications are made with regard to the construction time (= production time).
Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass ein Bediener zur Vorgabe der Qualität bzw. Homogenität mittels einer Bedienereingabe an einem Eingabeterminal, insbesondere einer graphischen Bedieneroberfläche, eine von n vorgegebenen aufeinanderfolgenden Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufen auswählt. Dabei ist n eine natürliche Zahl größer Eins und ist bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, gleich der Anzahl der für eine Abtastung eines Abschnitts zur Verfügung stehenden Strahlbündel bzw. Strahlbündel-Ablenkzentren. Ferner wird vorausgesetzt, dass die vorgegebenen Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufen einer Ordnungsrelation unterliegen und alle zueinander unterschiedlich sind. Die Vorgabe von diskreten Homogenitätsstufen erleichtert einerseits die Bedienbarkeit und andererseits die Anpassbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens an eine gegebene additive Herstellvorrichtung. Anstelle der Fertigungszeit des Objekts kann auch explizit eine Fertigungszeit des Abschnitts des Objektquerschnitts vorgegeben bzw. aus einem Spektrum möglicher Fertigungszeiten ausgewählt werden. Die vorgegebene oder ausgewählte Fertigungszeit beeinflusst unmittelbar die Fertigungszeit des Objekts. In particular, there is the possibility that an operator selects one of n predetermined successive quality or homogeneity levels by means of an operator input at an input terminal, in particular a graphical user interface, in order to specify the quality or homogeneity. Here, n is a natural number greater than one and is preferably, but not necessarily, equal to the number of beam bundles or beam-bundle deflection centers available for scanning a section. It is also assumed that the specified quality or homogeneity levels are subject to an order relationship and that they are all different from one another. The specification of discrete homogeneity levels facilitates the usability on the one hand and the adaptability of the method according to the invention to a given additive manufacturing device on the other hand. Instead of the production time of the object, a production time of the section of the object cross-section can also be explicitly specified or selected from a spectrum of possible production times. The specified or selected production time directly influences the production time of the object.
Weiter bevorzugt wird die Anzahl von Strahlbündeln so den Trajektorien zugeordnet, dass der maximale Zeitunterschied zwischen den Zeitdauern, die die Laserstrahlbündel für die Abtastung der ihnen zugeordneten Verfestigungsstellen innerhalb des Abschnitts benötigen, ein Minimum erreicht. More preferably, the number of beam bundles is assigned to the trajectories in such a way that the maximum time difference between the periods of time that the Need laser beam for the scanning of their associated consolidation points within the section, a minimum is achieved.
Allgemein kann das einer Trajektorie oder einem Teilbereich für eine Abtastung zuzuordnende Strahlbündel entweder zufällig ausgewählt werden oder aber nach einer im Vorhinein festgelegten Regel ausgewählt werden. Die Regel kann insbesondere vom Wert eines Schichtrotationswinkels abhängen, wenn die Orientierung der Teilbereiche in der Bauebene sich von Schicht zu Schicht um einen vorgegebenen Schichtrotationswinkel ändert. Die Regel kann außerdem von den festgelegten Maximalwinkeln g1 und/oder Minimalwinkeln g2 (diese können auch in den unterschiedlichen Schichten unterschiedlich gewählt werden) abhängen. In general, the beam bundle to be assigned to a trajectory or a partial area for a scan can either be selected at random or else be selected according to a rule established in advance. The rule can in particular depend on the value of a slice rotation angle if the orientation of the subregions in the building plane changes from slice to slice by a predetermined slice rotation angle. The rule can also depend on the specified maximum angles g1 and / or minimum angles g2 (these can also be selected differently in the different layers).
Bevorzugt wird ein erfindungsgemäßes Verfahren für einen Abschnitt durchgeführt, der zumindest teilweise Bestandteil eines Bodenflächenbereichs eines Objektquerschnitts ist, wobei ein Bodenflächenbereich dadurch definiert ist, dass in mindestens einer von p Schichten unterhalb des Bodenflächenbereichs keine Verfestigung von Aufbaumaterial spezifiziert ist, wobei p eine vorgegebene natürliche Zahl ist, und/oder zumindest teilweise Bestandteil eines ein Deckflächenbereichs eines Objektquerschnitts ist, wobei ein Deckflächenbereich dadurch definiert ist, dass in mindestens einer von q Schichten oberhalb des Deckflächenbereichs keine Verfestigung von Aufbaumaterial spezifiziert ist, wobei q eine vorgegebene natürliche Zahl ist. A method according to the invention is preferably carried out for a section which is at least partially part of a floor area of an object cross-section, a floor area being defined by the fact that no solidification of building material is specified in at least one of p layers below the floor area, where p is a predetermined natural number and / or is at least partially part of a top surface area of an object cross-section, a top surface area being defined in that no solidification of building material is specified in at least one of q layers above the top surface area, where q is a predetermined natural number.
Gerade in Bodenflächenbereichen und Deckflächenbereichen ist die Erzielung einer guten Oberflächenqualität wichtig, da diese Oberflächen von außen sichtbar sind.Achieving a good surface quality is particularly important in floor and top surface areas, since these surfaces are visible from the outside.
Bei dieser Weiterbildung lässt sich zwar für p=1 und q=1 bereits eine deutliche Verbesserung der Oberflächenqualität beobachten, ein Einfluss auf das Verfestigungsverhalten kann aber auch dann vorliegen, wenn sich unverfestigtes Aufbaumaterial in der übernächsten oder einer noch weiter entfernten Schicht befindet. Auswirkungen auf die Qualität von außenliegenden Oberflächen lassen sich aber bereits beobachten, wenn für p und/oder q ein Wert kleiner als 5, bevorzugt kleiner als 10 oder sogar kleiner als 25 gewählt wird. Spezifische Werte für die Parameter p und q, durch welche vorgegeben wird, wann noch ein Einfluss von unverfestigtem Aufbaumaterial vorhanden ist, können in Abhängigkeit von Erfahrungen mit einem bestimmten Aufbaumaterial und einer bestimmten generativen Schichtbauvorrichtung festgelegt werden, z.B. nach Vorversuchen. With this development, a significant improvement in the surface quality can already be observed for p = 1 and q = 1, but there can also be an influence on the consolidation behavior if unconsolidated building material is in the next but one or a further layer. Effects on the quality of external surfaces can, however, already be observed if a value less than 5, preferably less than 10 or even less than 25 is selected for p and / or q. Specific values for the parameters p and q, which specify when there is still an influence of Unconsolidated building material is present, can be determined depending on experience with a certain building material and a certain generative layer construction device, for example after preliminary tests.
Weiter bevorzugt wird das Verfahren für einen Abschnitt durchgeführt, der zumindest teilweise Bestandteil eines Konturbereichs eines Objektquerschnitts ist. The method is also preferably carried out for a section which is at least partially part of a contour region of an object cross-section.
Bei einem Konturbereich handelt es sich um einen Randbereich eines Objektquerschnitts, der nach Fertigstellung des Objekts einen Teil der Außenoberfläche des Objekts bildet und daher eine hohe Qualität aufweisen sollte. Üblicherweise versucht man eine hohe Qualität dadurch zu erzielen, dass man den Rand des Objektquerschnitts möglichst in einem Zug abtastet. Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung wird von dem herkömmlichen Vorgehen dadurch abgewichen, dass beim Abtasten des Oberflächenbereichs die Lage der einzelnen Verfestigungsstellen bezüglich des Projektionszentrums wie oben beschrieben berücksichtigt wird. Es wird also insbesondere die Richtung des Bewegungsvektors bezüglich des Projektionszentrums und/oder die Reihenfolge, in der die zu verfestigenden Teile des Konturbereichs relativ zum Projektionszentrum abgetastet werden, berücksichtigt. Dadurch kann für eine verbesserte Oberflächenqualität gesorgt werden. Der Abschnitt kann dabei nicht nur einen Teil des Konturbereichs, sondern auch den gesamten Konturbereich umfassen. A contour area is an edge area of an object cross-section which, after completion of the object, forms part of the outer surface of the object and should therefore be of high quality. Usually, one tries to achieve high quality by scanning the edge of the object cross-section in one go, if possible. According to this development of the invention, there is a deviation from the conventional procedure in that when the surface area is scanned, the position of the individual solidification points with respect to the projection center is taken into account, as described above. In particular, the direction of the motion vector with respect to the projection center and / or the sequence in which the parts of the contour area to be solidified are scanned relative to the projection center are taken into account. This can ensure an improved surface quality. The section can include not only part of the contour area, but also the entire contour area.
Bei einem erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels einer additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden, wird die Energieeintragsvorrichtung mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung gesteuert. In an additive manufacturing method according to the invention for manufacturing a three-dimensional object, the object being manufactured by means of an additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building plane by means of an energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer that correspond to the cross-section of the object in this layer by scanning these solidification points with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane Control of an energy input device of an additive manufacturing device controlled.
Insbesondere kann die Energieeintragseinrichtung eine Anzahl von Laserquellen aufweisen, von denen Laserstrahlen einer Anzahl von Scannern (insbesondere Galvanometerscannern) als Strahlbündel-Ablenkzentren zugeführt wird. In particular, the energy input device can have a number of laser sources, from which laser beams are fed to a number of scanners (in particular galvanometer scanners) as beam deflection centers.
Es ist möglich, in dem additiven Herstellverfahren während der Abtastung einen Gasstrom über die jeweilige Verfestigungsstelle zu leiten. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn das Herstellverfahren so durchgeführt wird, dass in dem zumindest einen Abschnitt eines Objektquerschnitts eine Richtungskomponente des Gasstroms von den Verfestigungsstellen zum Projektionszentrum zeigt und/oder entgegengesetzt der Richtung der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln ist. In the additive manufacturing process, it is possible to direct a gas flow over the respective solidification point during the scanning. In this case, it is advantageous if the manufacturing method is carried out in such a way that a directional component of the gas flow from the solidification points to the projection center points in the at least one section of an object cross-section and / or is opposite to the direction of the motion vectors of the number of beam bundles.
Dabei kann entweder die Bewegung von Strahlbündeln an einer vorgegebenen Richtung des Gasstroms ausgerichtet werden oder, falls dies bei der additiven Herstellvorrichtung möglich ist, die Richtung des Gasstroms wird an die Bewegung der Strahlbündel angepasst. Either the movement of the beam bundles can be aligned to a predetermined direction of the gas flow or, if this is possible with the additive manufacturing device, the direction of the gas flow is adapted to the movement of the beam bundles.
Insbesondere kann der Winkel zwischen der Richtung des Gasstroms und der Verbindungslinie zwischen Verfestigungsstelle und Projektionszentrum kleiner als 90°, bevorzugt kleiner als 45°, weiter bevorzugt kleiner als 30° gewählt werden. Der optimale Fall läge vor, wenn der Gasstrom genau zum Projektionszentrum hinzeigt. In particular, the angle between the direction of the gas flow and the connecting line between the solidification point and the projection center can be selected to be less than 90 °, preferably less than 45 °, more preferably less than 30 °. The optimal case would be when the gas flow points exactly to the center of the projection.
Weiterhin kann der Winkel zwischen jedem der Bewegungsvektoren und der Richtung des Gasstroms größer als 90°, bevorzugt größer als 135°, weiter bevorzugt größer als 150° sein. Der optimale Fall läge vor, wenn die Richtung des Gasstroms jener der Bewegungsvektoren genau entgegen gesetzt wäre. Furthermore, the angle between each of the motion vectors and the direction of the gas flow can be greater than 90 °, preferably greater than 135 °, more preferably greater than 150 °. The optimal case would be if the direction of the gas flow were exactly opposite to that of the motion vectors.
Im Ergebnis ist es möglich, durch eine günstige Wahl der Orientierung des Gasstroms die mit der Erfindung erzielbaren Ergebnisse noch zu verbessern. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einerAs a result, it is possible, through a favorable choice of the orientation of the gas flow, to further improve the results that can be achieved with the invention. A device according to the invention for controlling a
Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum oberhalb der Bauebene zugeordnet ist, von dem ausgehend dieses Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird, weist eine Zuordnungseinrichtung auf, die jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zuordnet, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, und eine Abtast-Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie zumindest in einem Abschnitt eines Objektquerschnitts, die Trajektorien und die Richtungen der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln beim Abtasten der Trajektorien so festlegt, dass an jeder der Verfestigungsstellen in diesem Abschnitt der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des verwendeten Strahlbündels hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel g1 ist. Energy input device of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, wherein the object is manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building level by means of the energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer, the Cross-section of the object in this layer are assigned in that these solidification points are scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane, each of the number of beam bundles being assigned a beam deflection center above the building plane, from which starting from this beam is directed onto the building plane, has an assignment device which assigns a projection center to each beam deflection center, which is a perpendicular projection of the position of the beam deflection center on the building plane, and a scanning control unit which is designed so that it defines the trajectories and the directions of the motion vectors of the number of beams when scanning the trajectories at least in a section of an object cross-section that at each of the solidification points in this section the motion vector has an angle with respect to a connection vector from this solidification point to the projection center of the beam bundle used which is smaller than a predetermined maximum angle g1.
Die Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung ist in der Lage, das oben beschriebene Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung, bei dem die Richtung der Bewegungsvektoren entlang der Trajektorien festgelegt wird, umzusetzen. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, also insbesondere die Zuordnungseinrichtung und die Abtast-Steuereinheit können dabei alleine durch Software oder aber alleine durch Hardware oder aber mittels einer Mischung aus Hardware und Software implementiert werden. Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum oberhalb der Bauebene zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird, weist eine Zuordnungseinrichtung auf, die jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zuordnet, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, und eine Abtast-Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie eine Verfestigung zumindest eines Abschnitts eines Objektquerschnitts Teilbereich für Teilbereich spezifiziert, wobei in jedem Teilbereich die Trajektorien im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und in zumindest einem der Teilbereiche, dessen Verfestigungsstellen mit einem diesem Teilbereich zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden. The device for controlling an energy input device is able to implement the above-described method for controlling an energy input device, in which the direction of the movement vectors is determined along the trajectories. The individual components of the device, that is to say in particular the assignment device and the scanning control unit, can be implemented solely by software or solely by hardware or by means of a mixture of hardware and software. Another device according to the invention for controlling an energy input device of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building plane by means of the energy input device by supplying radiant energy Solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, in that these solidification points are scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane, each of the number of beam bundles having a beam deflection center above is assigned to the building level, from which the beam is directed onto the building level, has an assignment device, which each beam Deflection center assigns a projection center, which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center on the building plane, and a scanning control unit which is designed such that it specifies a consolidation of at least a section of an object cross-section section by section, with the Trajectories run essentially parallel to one another and in at least one of the sub-areas, the solidification points of which are scanned with a beam bundle assigned to this sub-area, the sequence of the scanning of the trajectories is determined in such a way that trajectories that are closer to the projection center of the beam bundle are followed by trajectories that are further away from the center of the projection.
Diese Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung ist in der Lage, das oben beschriebene Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung, bei dem die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs festgelegt wird, umzusetzen. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, also insbesondere die Zuordnungseinrichtung und die Abtast-Steuereinheit können dabei alleine durch Software oder aber alleine durch Hardware oder aber mittels einer Mischung aus Hardware und Software implementiert werden. Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum oberhalb der Bauebene zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird, weist eine Zuordnungseinrichtung auf, die jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zuordnet, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, und eine Abtast-Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie eine Verfestigung zumindest eines Abschnitts eines Objektquerschnitts Teilbereich für Teilbereich spezifiziert, wobei die zeitliche Reihenfolge der Abtastung von Teilbereichen, deren Verfestigungsstellen mit einem diesen Teilbereichen zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, so festgelegt wird, dass Teilbereiche, die näher am Projektionszentrum dieses Strahlbündels liegen, vor Teilbereichen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden. This device for controlling an energy input device is able to implement the method described above for controlling an energy input device, in which the sequence of the scanning of the trajectories within a partial area is established. The individual components of the device, that is to say in particular the assignment device and the scanning control unit, can be implemented solely by software or solely by hardware or by means of a mixture of hardware and software. Another device according to the invention for controlling an energy input device of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building plane by means of the energy input device by supplying radiant energy Solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, in that these solidification points are scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane, each of the number of beam bundles having a beam deflection center above is assigned to the building level, from which the beam is directed onto the building level, has an assignment device, which each beam Deflection center assigns a projection center, which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center on the building plane, and a scanning control unit which is designed so that it specifies a consolidation of at least a section of an object cross-section section by section, the chronological order of the Scanning of sub-areas whose solidification points are scanned with a beam bundle assigned to these sub-areas is determined in such a way that sub-areas which are closer to the projection center of this beam are scanned in front of sub-areas which are further away from the projection center.
Diese Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung ist in der Lage, das oben beschriebene Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung, bei dem die Reihenfolge der Abtastung der Teilbereiche festgelegt wird, umzusetzen. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, also insbesondere die Zuordnungseinrichtung und die Abtast-Steuereinheit können dabei alleine durch Software oder aber alleine durch Hardware oder aber mittels einer Mischung aus Hardware und Software implementiert werden. Eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden, wobei die additive Herstellvorrichtung weist auf: eine Schichtaufbringvorrichtung, die geeignet ist, eine Schicht eines Aufbaumaterials auf eine bereits vorhandene, bevorzugt bereits selektiv verfestigte, Aufbaumaterialschicht aufzubringen, und eine Energieeintragsvorrichtung, die geeignet ist, Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zuzuführen, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden, wobei die additive Herstellvorrichtung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung aufweist und/oder mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung signaltechnisch verbunden ist. This device for controlling an energy input device is able to implement the method described above for controlling an energy input device, in which the sequence of the scanning of the partial areas is determined. The individual components of the device, that is to say in particular the assignment device and the scanning control unit, can be implemented solely by software or solely by hardware or by means of a mixture of hardware and software. An additive manufacturing device according to the invention for manufacturing a three-dimensional object, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building plane by means of an energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer that correspond to the cross section of the Objects in this layer are assigned in that these solidification points are scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane to apply already existing, preferably already selectively solidified, building material layer, and an energy input device which is suitable for solidifying radiation energy Points in each layer, which are assigned to the cross-section of the object in this layer, by scanning these solidification points with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories in the building plane, the additive manufacturing device being a device according to the invention for control an energy input device of an additive manufacturing device and / or is signal-connected to a device according to the invention for controlling an energy input device of an additive manufacturing device.
Insbesondere kann die Vorrichtung zur Ansteuerung einer in der additiven Herstellvorrichtung vorhandenen Energieeintragsvorrichtung auch in eine in der additiven Herstellvorrichtung vorhandene Steuervorrichtung, welche einen additiven Herstellvorgang steuert, integriert sein. Insbesondere kann die Vorrichtung zur Ansteuerung einer in der additiven Herstellvorrichtung vorhandenen Energieeintragsvorrichtung auch ein Computerprogramm sein, mit welchem eine in der Steuervorrichtung vorhandene CPU gesteuert wird. Mit einer signaltechnischen Verbindung ist dabei eine Verbindung mittels physischer Leitungen, die Steuersignale übertragen können, oder eine Funkverbindung gemeint. In particular, the device for controlling an energy input device present in the additive manufacturing device can also be integrated into a control device that is present in the additive manufacturing device and controls an additive manufacturing process. In particular, the device for controlling an energy input device present in the additive manufacturing device can also be a computer program with which a CPU present in the control device is controlled. With a signaling Connection is a connection by means of physical lines that can transmit control signals, or a radio connection.
Ein erfindungsgemäßes Objekt, ist mittels eines erfindungsgemäßen additivenAn object according to the invention is by means of an additive according to the invention
Herstellverfahrens herstellbar. Manufacturing process can be produced.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus derFurther features and usefulnesses of the invention emerge from the
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren. Description of exemplary embodiments on the basis of the attached figures.
Fig. 1 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß der Erfindung. 1 shows a schematic, partially sectioned view of an exemplary device for the additive manufacture of a three-dimensional object according to the invention.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Beispiel für das erfindungsgemäße Vorgehen bei einer Verfestigung von streifenförmigen Teilbereichen eines Objektquerschnitts ("Hatchen"). FIG. 2 shows schematically an example of the procedure according to the invention when consolidating strip-shaped partial areas of an object cross-section ("hatches").
Fig. 3 veranschaulicht die Lage eines Strahlbündel-Ablenkzentrums und eines Projektionszentrums desselben bezüglich Verfestigungsstellen in der Bauebene. 3 illustrates the position of a beam deflection center and a projection center of the same with respect to consolidation points in the building plane.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Vorgehensweise gemäß einer ersten Ausführungsform. 4 shows an example of a procedure according to a first embodiment.
Fig. 5 zeigt schematisch das Resultat von Untersuchungen zum Einfluss derFig. 5 shows schematically the result of studies on the influence of
Bewegungsrichtung des Strahlbündels beim Abtasten des Aufbaumaterials auf die Bauteilqualität. Direction of movement of the beam when scanning the building material for the component quality.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer Vorgehensweise gemäß einer zweiten Ausführungsform. 6 shows an example of a procedure according to a second embodiment.
Fig. 7a und Fig. 7b zeigen schematisch das Resultat von Untersuchungen hinsichtlich der Abfolge, mit der die Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs abgetastet werden. Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer Vorgehensweise gemäß einer dritten Ausführungsform. FIGS. 7a and 7b schematically show the result of examinations with regard to the sequence with which the trajectories are scanned within a partial area. 8 shows an example of a procedure according to a third embodiment.
Fig. 9a und Fig. 9b zeigen jeweils schematisch das Auftreffen eines Laserstrahls auf die oberste Schicht des Aufbaumaterials für unterschiedliche Neigungen des Strahlbündels beim Abtastvorgang. 9a and 9b each show schematically the impingement of a laser beam on the top layer of the building material for different inclinations of the beam during the scanning process.
Fig. 10 veranschaulicht ein Vorgehen, bei dem die Größe eines Strahlbündelablenkwinkels berücksichtigt wird. 10 illustrates a procedure in which the size of a beam deflection angle is taken into account.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel einer Variante des Vorgehens gemäß einer zweiten Ausführungsform. 11 shows an example of a variant of the procedure according to a second embodiment.
Fig. 12a und Fig. 12b zeigen jeweils schematisch die Vorgänge beim Aufschmelzen des Aufbaumaterials für unterschiedliche Trajektorienabfolgerichtungen. 12a and 12b each show schematically the processes during melting of the building material for different trajectory sequence directions.
Fig. 13 zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung. 13 shows the schematic structure of a device according to the invention for controlling an energy input device.
Für eine Beschreibung der Erfindung soll zunächst nachfolgend am Beispiel einer Lasersinter- oder -Schmelzvorrichtung eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben werden. For a description of the invention, an additive manufacturing device according to the invention will first be described below using the example of a laser sintering or melting device with reference to FIG. 1.
Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 eine Prozesskammer oder Baukammer 3 mit einer Kammerwandung 4. In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Baubehälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 5 ist eine Arbeitsebene 7 (auch Bauebene genannt) definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 7, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld 8 bezeichnet wird. In dem Baubehälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer T räger 10 angeordnet, an dem eine Grundplatte 11 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 11 kann eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein, die an dem Träger 10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 10 ausgebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 11 noch eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 11 selber aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In Fig. 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 12 zu bildende Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 13. To build up an object 2, the laser sintering or laser melting device 1 contains a process chamber or construction chamber 3 with a chamber wall 4. A construction container 5, which is open at the top and has a container wall 6, is arranged in the process chamber 3. A working plane 7 (also called a construction plane) is defined through the upper opening of the construction container 5, the area of the working plane 7 lying within the opening, which can be used to construct the object 2, being referred to as construction field 8. In the building container 5 there is arranged a carrier 10 which is movable in a vertical direction V and to which a base plate 11 is attached, which closes the container 5 at the bottom and thus forms its bottom. The base plate 11 can be a plate formed separately from the carrier 10 and attached to the carrier 10, or it can be formed integrally with the carrier 10. Depending on the powder and process used, a construction platform 12 can also be attached to the base plate 11 as a construction base, on which the object 2 is built. The object 2 can, however, also be built on the base plate 11 itself, which then serves as a construction base. In FIG. 1, the object 2 to be formed in the container 5 on the building platform 12 is shown below the working plane 7 in an intermediate state with several solidified layers, surrounded by building material 13 that has remained unsolidified.
Die Lasersinter- oder -Schmelzvorrichtung 1 enthält weiterhin einen Vorratsbehälter 14 für ein Aufbaumaterial 15, in diesem Beispiel ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares Pulver, und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 16 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 15 innerhalb des Baufelds 8. Optional kann in der Prozesskammer 3 eine Heizvorrichtung, z.B. eine Strahlungsheizung 17 angeordnet sein, die zum Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials dient. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein. The laser sintering or melting device 1 furthermore contains a storage container 14 for a building material 15, in this example a powder that can be solidified by electromagnetic radiation, and a coater 16 movable in a horizontal direction H for applying the building material 15 within the building field 8. Optionally, in A heating device, for example a radiant heater 17, can be arranged in the process chamber 3, which is used to heat the applied building material. An infrared radiator, for example, can be provided as the radiant heater 17.
Die beispielhafte additive Herstellvorrichtung 1 enthält ferner eine Energieeintragsvorrichtung 20 mit einem Laser 21 , der einen Laserstrahl 22 erzeugt, welcher über ein Strahlbündel-Ablenkzentrum 23, beispielsweise einer oder mehrere Galvanometerspiegel samt zugehörigem Antrieb, umgelenkt wird und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 7 fokussiert wird. Insbesondere ist es möglich, auch eine Mehrzahl von Lasern und/oder Strahlbündel-Ablenkzentren vorzusehen. Dadurch kann ein Herstellvorgang in kürzerer Zeit ablaufen, da dann das Aufbaumaterial an unterschiedlichen Stellen zeitgleich mit einer Mehrzahl von Strahlbündeln abgetastet und verfestigt werden kann. Der in Fig. 1 gezeigte spezifische Aufbau einer Lasersinter- oder -Schmelzvorrichtung ist daher für die vorliegende Erfindung nur beispielhaft und kann natürlich auch abgewandelt werden, insbesondere bei Verwendung einer anderen Energieeintragsvorrichtung als der gezeigten. Um kenntlich zu machen, dass die Fläche des Strahlungsauftreffbereichs auf dem Aufbaumaterial nicht notwendigerweise sehr klein ("punktförmig") sein muss, wird in dieser Anmeldung auch oftmals der Begriff "Strahlbündel" synonym zu "Strahl" verwendet. The exemplary additive manufacturing device 1 also contains an energy input device 20 with a laser 21 which generates a laser beam 22 which is deflected via a beam deflection center 23, for example one or more galvanometer mirrors including the associated drive, and via a focusing device 24 via a coupling window 25, which is attached to the top of the process chamber 3 in the chamber wall 4, is focused on the working plane 7. In particular, it is also possible to provide a plurality of lasers and / or beam deflection centers. As a result, a manufacturing process can take place in a shorter time, since the building material can then be scanned and solidified at different points at the same time with a plurality of beam bundles. The specific structure of a laser sintering or melting device shown in FIG. 1 is therefore only exemplary for the present invention and can of course also be modified, in particular when using a different energy input device than that shown. In order to make it clear that the area of the radiation impingement area on the building material does not necessarily have to be very small (“punctiform”), the term “beam” is often used synonymously with “beam” in this application.
Die Lasersintervorrichtung 1 enthält weiterhin eine Steuereinrichtung 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierterWeise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch teilweise oder ganz außerhalb der additiven Herstellvorrichtung angebracht sein. Die Steuereinrichtung kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der additiven Herstellvorrichtung in einer Speichervorrichtung gespeichert sein, von wo aus es (z.B. über ein Netzwerk) in die additive Herstellvorrichtung, insbesondere in die Steuereinrichtung, geladen werden kann. The laser sintering device 1 furthermore contains a control device 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner in order to carry out the construction process. Alternatively, the control device can also be attached partially or entirely outside of the additive manufacturing device. The control device can contain a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software). The computer program can be stored separately from the additive manufacturing device in a storage device, from where it can be loaded (e.g. via a network) into the additive manufacturing device, in particular into the control device.
Im Betrieb wird durch die Steuereinrichtung 29 der T räger 10 Schicht für Schicht abgesenkt, der Beschichter 16 zum Auftrag einer neuen Pulverschicht angesteuert und die Energieeintragsvorrichtung 20, also insbesondere das Strahlbündel- Ablenkzentrum 23 und gegebenenfalls auch der Laser 21 und/oder die Fokussiervorrichtung 24, angesteuert zum Verfestigen der jeweiligen Schicht an den dem jeweiligen Objekt entsprechenden Stellen mittels Abtastens dieser Stellen mit dem Laser. Hierbei wird in der vorliegenden Anmeldung auf eine für die Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung 20 verantwortliche Einheit 39 innerhalb der Steuereinrichtung 29 als Vorrichtung 39 zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung Bezug genommen. Dennoch sei betont, dass eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung in gleicher Weise auch außerhalb der Steuereinrichtung 29 vorhanden sein kann (auch als Computerprogramm), sofern sichergestellt ist, dass die Vorrichtung 39 zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung für die additive Herstellung von Objekten hinreichend mit der Steuereinrichtung 29 Zusammenwirken kann, also insbesondere Signale austauschen kann. During operation, the carrier 10 is lowered layer by layer by the control device 29, the coater 16 is controlled to apply a new powder layer and the energy input device 20, i.e. in particular the beam deflection center 23 and possibly also the laser 21 and / or the focusing device 24, controlled to solidify the respective layer at the points corresponding to the respective object by scanning these points with the laser. Here, in the present application, reference is made to a unit 39 within the control device 29 responsible for controlling the energy input device 20 as a device 39 for controlling an energy input device. Nevertheless, it should be emphasized that a device for controlling an energy input device can also be present outside the control device 29 in the same way (also as a computer program), provided that it is ensured that the device 39 for controlling an energy input device for the additive production of Objects can sufficiently interact with the control device 29, so in particular can exchange signals.
Auch wenn die Erfindung sich hauptsächlich auf Lasersinter- oder Laserschmelzverfahren oder -Vorrichtungen bezieht, so ist ebenfalls eine Anwendung beim Elektronenstrahlschmelzen möglich. Although the invention relates primarily to laser sintering or laser melting methods or devices, application to electron beam melting is also possible.
Bei der Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung wird eine Verfestigung von Stellen einer Aufbaumaterialschicht in einer zeitlichen Reihenfolge festgelegt, die der Bewegung eines Strahlbündels entlang einer Trajektorie über das Aufbaumaterial entspricht. Fig. 13 zeigt diesbezüglich einen schematischen Aufbau der bereits erwähnten Vorrichtung 39 zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung, in der eine Abtast-Steuereinheit 39b die zeitliche Reihenfolge festlegt, wobei Fig. 2 ein Beispiel für das Vorgehen gibt. In der Figur 2 ist ein zu verfestigender Objektquerschnitt 50, welcher in diesem Beispiel eine Rechteckgestalt aufweist, in einen Innenbereich bzw. Kernbereich 52 und einen Konturbereich 51 unterteilt, wobei in der Regel dem Konturbereich 51 andere Parameter für den Energieeintrag in das Aufbaumaterial zugewiesen werden als dem Innenbereich 52. Beispielsweise wird der Konturbereich 51 mit einem Laserstrahl (als Beispiel für ein Strahlbündel) dergestalt abgetastet, dass die Trajektorie entlang der Kontur verläuft. Der Innenbereich 52 wird in diesem Beispiel dergestalt verfestigt, dass er in Teilbereiche 53 unterteilt wird, die üblicherweise eine annähernd rechteckige oder quadratische Gestalt haben und daher auch als "Streifen" bzw. "Quadrate" bezeichnet werden, und nachfolgend eine Abtastung des Aufbaumaterials Teilbereich für Teilbereich spezifiziert wird. Dabei wird in dem Beispiel von Fig. 2 in jedem Teilbereich 53 der Laserstrahl entlang paralleler Trajektorien (Hatchlinien) 54 über das Aufbaumaterial bewegt, woraus ein schraffurartiges Bewegungsmuster beim Abtasten jedes Teilbereichs 53 mit dem Laserstrahl resultiert. Dieser Vorgang wird im Fachjargon auch als "Hatchen" bezeichnet. In Fig. 2 ist dabei die Bewegungsrichtung des Laserstrahls entlang einer Trajektorie jeweils durch einen Pfeil veranschaulicht. When activating the energy input device, a consolidation of points of a building material layer is established in a chronological sequence which corresponds to the movement of a beam along a trajectory over the building material. In this regard, FIG. 13 shows a schematic structure of the already mentioned device 39 for controlling an energy input device, in which a scanning control unit 39b defines the time sequence, FIG. 2 giving an example of the procedure. In FIG. 2, an object cross-section 50 to be solidified, which in this example has a rectangular shape, is divided into an inner area or core area 52 and a contour area 51, with the contour area 51 generally being assigned different parameters for the energy input into the building material than the inner area 52. For example, the contour area 51 is scanned with a laser beam (as an example of a beam) in such a way that the trajectory runs along the contour. In this example, the inner area 52 is consolidated in such a way that it is divided into sub-areas 53, which usually have an approximately rectangular or square shape and are therefore also referred to as "strips" or "squares", and subsequently a scanning of the building material sub-area for Partial area is specified. In the example of FIG. 2, the laser beam is moved along parallel trajectories (hatch lines) 54 over the building material in each sub-area 53, resulting in a hatching-like movement pattern when each sub-area 53 is scanned with the laser beam. This process is also known as "hatching" in technical jargon. In FIG. 2, the direction of movement of the laser beam along a trajectory is illustrated in each case by an arrow.
Erfindungsgemäß wird bei der Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung die horizontale Position eines Strahlbündel-Ablenkzentrums berücksichtigt. In der Vorrichtung 39 zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung ist hierfür eine Zuordnungseinrichtung 39a vorgesehen. Das Vorgehen wird im Folgenden anhand von Fig. 3 erläutert, die schematisch ein Strahlbündel-Ablenkzentrum 23 oberhalb des Baufelds 8 zeigt. Durch eine senkrechte Projektion des Strahlbündel-Ablenkzentrums 23 auf das Baufeld 8 (bzw. die Bauebene 7) wird dem Strahlbündel-Ablenkzentrum 23 ein Projektionszentrum 23' in der Bauebene 7 zugeordnet. Wie in der Figur gezeigt, ist dabei eine Projektionslinie 23k ein auf der Bauebene 7 gefälltes Lot, das das Projektionszentrum 23' mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum 23 verbindet. According to the invention, the horizontal position of a beam deflection center is taken into account when controlling the energy input device. In the Device 39 for controlling an energy input device is provided with an assignment device 39a for this purpose. The procedure is explained below with reference to FIG. 3, which schematically shows a beam deflection center 23 above the construction field 8. A projection center 23 ′ in the construction plane 7 is assigned to the beam deflection center 23 through a perpendicular projection of the beam deflection center 23 onto the construction field 8 (or the construction level 7). As shown in the figure, a projection line 23k is a plumb line precipitated on the building plane 7, which connects the projection center 23 ′ with the beam deflection center 23.
Durch die Festlegung des Projektionszentrums 23' kann in Abhängigkeit von der Lage einer zu verfestigenden Stelle 64a, 64b, 64c innerhalb des Baufelds relativ zum Projektionszentrum 23' das Vorgehen bei der Abtastung festgelegt werden, wie nachfolgend anhand mehrerer Beispiele erläutert wird. By defining the projection center 23 ', the scanning procedure can be defined depending on the position of a point 64a, 64b, 64c to be consolidated within the construction field relative to the projection center 23', as will be explained below with the aid of several examples.
Erstes Ausführungsbeispiel First embodiment
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wählt die Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung die Richtung des Bewegungsvektors des Strahlbündels zum Abtasten einer zu verfestigenden Stelle bzw. Verfestigungsstelle im Baufeld 8 in Abhängigkeit von der Lage der Verfestigungsstelle relativ zum Projektionszentrum 23'. Das Vorgehen wird nachfolgend anhand von Fig. 4 erläutert. According to the first embodiment, the device for controlling an energy input device selects the direction of the movement vector of the beam for scanning a point to be solidified or solidification point in construction field 8 as a function of the position of the solidification point relative to projection center 23 '. The procedure is explained below with reference to FIG. 4.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Baufeld 8, in der die Lage des Projektionszentrums 23' eines Strahlbündel-Ablenkzentrums 23 sowie die Lagen von vier beispielhaften Verfestigungsstellen 74a, 74b, 74c und 74d erkennbar sind. Weiterhin sind in der Figur die jeweiligen Bewegungsvektoren 75a, 75b, 75c und 75d bei der Bewegung des von dem Strahlbündel-Ablenkzentrums 23 ausgehenden Strahlbündels über die Verfestigungsstellen 74a, 74b, 74c und 74d gezeigt. 4 shows a top view of the construction field 8 in which the position of the projection center 23 'of a beam deflection center 23 and the positions of four exemplary consolidation points 74a, 74b, 74c and 74d can be seen. Furthermore, the figure shows the respective motion vectors 75a, 75b, 75c and 75d during the movement of the ray bundle emanating from the ray bundle deflection center 23 over the solidification points 74a, 74b, 74c and 74d.
Wie man erkennt, wird durch die Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung die Richtung des Bewegungsvektors an den Stellen 74a, 74b und 74d so festgelegt, dass der Bewegungsvektor eine zum Projektionszentrum 23' zeigende Komponente s aufweist. Zur besseren Veranschaulichung der Richtung ist in der Figur 4 für jede Verfestigungsstelle 74a, 74b, 74c und 74d jeweils eine gerade Verbindungslinie 73a, 73b, 73c bzw. 73d mit dem Projektionszentrum 23' gestrichelt eingezeichnet. As can be seen, the device for controlling an energy input device defines the direction of the motion vector at points 74a, 74b and 74d in such a way that the motion vector has a component s pointing towards the projection center 23 '. To better illustrate the direction a straight connecting line 73a, 73b, 73c and 73d with the projection center 23 'is drawn in dashed lines in FIG. 4 for each solidification point 74a, 74b, 74c and 74d.
Man erkennt weiterhin in Fig. 4, dass an der Verfestigungsstelle 74c der Bewegungsvektor so festgelegt wird, dass er lediglich eine Komponente q senkrecht zur Verbindungslinie 73c aufweist. In diesem Fall schließt der Bewegungsvektor 75c entlang einer Trajektorie einen Winkel g von 90° mit der Verbindungslinie 73c ein. It can also be seen in FIG. 4 that the motion vector is fixed at the solidification point 74c in such a way that it has only one component q perpendicular to the connecting line 73c. In this case, the motion vector 75c forms an angle g of 90 ° with the connecting line 73c along a trajectory.
Der Flintergrund für das beschriebene Vorgehen ist der, dass die Erfinder eine Verschlechterung der Objekteigenschaften für den Fall feststellen konnten, in dem der Bewegungsvektor eine große vom Projektionszentrum weg weisende Komponente aufweist. Hierzu zeigt Fig. 5 schematisch das Resultat der durchgeführten Untersuchungen, in denen in einer herkömmlichen Lasersintervorrichtung eine Schicht eines Metallpulvers aufgetragen wurde und anschließend mit einem Laserstrahlbündel abgetastet wurde. Für die Untersuchung wurde das Baufeld 8 in sechzehn quadratische Abschnitte A bis P unterteilt, wie im oberen Teil der Figur 5 gezeigt, in dem auch die Position des Projektionszentrums 23' des für die Abtastung verwendeten Strahlbündel-Ablenkzentrums 23 markiert ist. Hierbei erfolgte die Abtastung gemäß dem mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Vorgehen. Es wurden also verschiedene Teilbereiche 53 innerhalb eines Abschnitts so abgetastet, dass in jedem Teilbereich 53 der Laserstrahl entlang paralleler Trajektorien (Hatchlinien) 54 über das Aufbaumaterial bewegt wurde. The background for the procedure described is that the inventors were able to determine a deterioration in the object properties for the case in which the motion vector has a large component pointing away from the projection center. For this purpose, FIG. 5 shows schematically the result of the examinations carried out in which a layer of a metal powder was applied in a conventional laser sintering device and was then scanned with a laser beam. For the investigation, the construction field 8 was divided into sixteen square sections A to P, as shown in the upper part of FIG. 5, in which the position of the projection center 23 'of the beam deflection center 23 used for scanning is marked. In this case, the scanning took place according to the procedure described with reference to FIG. 2. Different sub-areas 53 were thus scanned within a section in such a way that in each sub-area 53 the laser beam was moved along parallel trajectories (hatch lines) 54 over the building material.
Der untere Teil der Figur zeigt eine Draufsicht auf den Abschnitt A nach der beschriebenen Abtastung. Man erkennt innerhalb des Abschnitts A sechzehn Teilbereiche 53, die im Gegensatz zu Fig. 2 nicht unmittelbar aneinander grenzen. In jedem Teilbereich ist durch einen Pfeil die Richtung angedeutet, in der die Trajektorien durchlaufen werden. Man beachte, dass in jedem Teilbereich 53, die zueinander parallelen Trajektorien 54 alle in derselben Richtung durchlaufen werden, also die Bewegungsvektoren bei der Abtastung in einem Teilbereich jeweils in die gleiche Richtung zeigen. Weiterhin kennzeichnet die dargestellte Position des Pfeils innerhalb eines jeden Teilbereichs 53 die Lage der als erstes abgetasteten Trajektorie 54 innerhalb dieses Teilbereichs. Schließlich sei noch angemerkt, dass in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nur zwei der sechzehn Teilbereiche mit den Bezugszeichen 53 und 54 versehen sind. The lower part of the figure shows a plan view of the section A after the described scanning. One can see within the section A sixteen partial areas 53 which, in contrast to FIG. 2, do not directly adjoin one another. In each sub-area, the direction in which the trajectories are traversed is indicated by an arrow. It should be noted that in each sub-area 53, the mutually parallel trajectories 54 are all traversed in the same direction, that is to say that the movement vectors in a sub-area each point in the same direction during the scanning. Furthermore, the illustrated position of the arrow within each sub-area 53 characterizes the position of the trajectory 54 scanned first within this sub-area. Finally, it should also be noted that, for reasons of clarity, only two of the sixteen partial areas are provided with the reference numerals 53 and 54 in the figure.
Man erkennt im unteren Teil der Figur 5 abgetastete Teilbereiche 53 mit drei unterschiedlichen Schraffurdichten sowie Teilbereiche 53 ohne Schraffur. Die unterschiedliche Dichte der Schraffurlinien soll dabei auf die unterschiedliche Beschaffenheit des verfestigten Aufbaumaterials hindeuten. Dabei deuten dicht liegende Schraffurlinien auf größere lokale Schwankungen des verfestigten Materialvolumens in einem Teilbereich 53 hin als weniger dicht liegende oder gar fehlende Schaffurlinien in einem Teilbereich 53. Fehlende Schraffurlinien kennzeichnen also die größtmögliche erzielte Flomogenität bzw. den größten erzielten Volumenprozentsatz an verfestigtem Material in einem Teilbereich 53. Insbesondere erkennt man, dass eine unterschiedliche Richtung des Bewegungsvektors in Bezug auf das Projektionszentrum 23' zu einer unterschiedlichen Schraffurdichte führt. Dabei spielt auch die Größe der zum Projektionszentrum hin bzw. vom Projektionszentrum weg zeigenden Komponente des Bewegungsvektors eine Rolle. Je stärker der Bewegungsvektor zum Projektionszentrum hin bzw. vom Projektionszentrum weg ausgerichtet ist, desto deutlicher ist der zu beobachtende Effekt. In the lower part of FIG. 5, scanned sub-areas 53 with three different hatching densities and sub-areas 53 without hatching can be seen. The different density of the hatching lines should indicate the different properties of the solidified building material. Dense hatching lines indicate greater local fluctuations in the solidified material volume in a sub-area 53 than less dense or even missing hatching lines in a sub-area 53.A lack of hatching lines therefore indicate the greatest possible flomogeneity or the highest volume percentage of solidified material achieved in a sub-area 53. In particular, it can be seen that a different direction of the motion vector in relation to the projection center 23 'leads to a different hatching density. The size of the component of the motion vector pointing towards the projection center or away from the projection center also plays a role. The more the motion vector is oriented towards the projection center or away from the projection center, the clearer the effect to be observed.
Es sei noch bemerkt, dass die obige Untersuchung für unterschiedliche Richtungen eines Gasstroms über das Baufeld durchgeführt wurde und stets ein Ergebnis erhalten wurde, das jenem von Fig. 5 entspricht. It should also be noted that the above investigation was carried out for different directions of a gas flow over the construction field and a result was always obtained which corresponds to that of FIG. 5.
Die obige Untersuchung verdeutlicht, dass beim Abtasten des Aufbaumaterials mit einem Strahlbündel, eine zu große Richtungskomponente des Bewegungsvektors, die vom Projektionszentrum weg zeigt, vermieden werden sollte. Bevorzugt sollte überhaupt auf Richtungskomponenten des Bewegungsvektors, die vom Projektionszentrum weg zeigen, verzichtet werden. Allerdings kann sich in der Praxis heraussteilen, dass aufgrund anderer Randbedingungen, z.B. einer vorgegebenen nicht zu überschreitenden Fertigungszeit für die Herstellung des Objekts, von der bevorzugten Vorgehensweise abgewichen werden muss. Es bietet sich daher in der Praxis an, die beschriebene Vorgehensweise zumindest dann zu wählen, wenn die abzutastende Trajektorie gegenüber der Verbindunglinie zum Projektionszentrum einen Maximalwinkel g1 unterschreitet. The above investigation makes it clear that when scanning the building material with a beam, too large a directional component of the motion vector pointing away from the projection center should be avoided. Directional components of the motion vector that point away from the projection center should preferably be dispensed with at all. In practice, however, it can become apparent that the preferred procedure must be deviated from due to other boundary conditions, for example a specified manufacturing time that must not be exceeded for the manufacture of the object. It is therefore advisable in practice to choose the procedure described at least when the trajectory to be scanned falls below a maximum angle g1 with respect to the connection line to the projection center.
Die Erfinder erklären sich das beobachtete Verhalten durch die Besonderheiten des zum Aufschmelzen des Metallpulvers verwendeten Tiefschweißprozesses. Bei einem Tiefschweißprozess werden dabei im Material so hohe Temperaturen erzeugt, dass es zu einer Verdampfung kommt und insbesondere die Strahlung in eine Dampfkapillare an der Materialoberfläche eindringt. Durch Mehrfachreflexion an den Rändern der Dampfkapillare kann dann insbesondere mehr Energie in das Material eingetragen werden. Die temporär gebildete Dampfkapillare wird in der Regel als "Keyhole" bezeichnet. Wie nachfolgend anhand von Fig. 9 erläutert wird, kann das beobachtete Verhalten damit erklärt werden, dass sich bei einem schrägen Auftreffen des Laserstrahls auf das Aufbaumaterial das Keyhole in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung unterschiedlich ausbildet. The inventors explain the observed behavior by the special features of the deep welding process used to melt the metal powder. In a deep penetration welding process, temperatures are generated in the material that are so high that evaporation occurs and, in particular, the radiation penetrates into a vapor capillary on the material surface. By multiple reflections at the edges of the vapor capillary, more energy in particular can then be introduced into the material. The temporarily formed vapor capillary is usually referred to as a "keyhole". As will be explained below with reference to FIG. 9, the observed behavior can be explained by the fact that when the laser beam strikes the building material at an angle, the keyhole forms differently depending on the direction of movement.
Fig. 9a und Fig. 9b zeigen gemäß dem Erklärungsmodell jeweils schematisch das Auftreffen eines Laserstrahls auf das verwendete Metallpulver. Dabei wird das Strahlbündel jeweils in horizontaler Richtung (in Fig. 9a und Fig. 9b von links nach rechts) bewegt, was jeweils durch einen nach rechts zeigenden Pfeil veranschaulicht ist. Weiterhin veranschaulicht in Fig. 9a und Fig. 9b das Bezugszeichen 22 das Strahlbündel, welches jeweils von einem nicht dargestellten Strahlbündel- Ablenkzentrum auf das Aufbaumaterial gerichtet wird. Während sich in Fig. 9a das Strahlbündel beim Abtasten des Aufbaumaterials vom ebenfalls nicht dargestellten Projektionszentrum des Strahlbündel-Ablenkzentrums weg bewegt, bewegt sich in Fig. 9b das Strahlbündel beim Abtasten des Aufbaumaterials auf das Projektionszentrum zu. According to the explanatory model, FIGS. 9a and 9b each show schematically the impingement of a laser beam on the metal powder used. The beam bundle is moved in the horizontal direction (from left to right in FIGS. 9a and 9b), which is illustrated in each case by an arrow pointing to the right. Furthermore, in FIGS. 9a and 9b, the reference number 22 illustrates the beam which is in each case directed from a beam deflection center (not shown) onto the building material. While in FIG. 9a the beam moves away from the projection center of the beam deflection center (also not shown) when the building material is scanned, in FIG. 9b the beam moves towards the projection center when the building material is scanned.
Sowohl in Fig. 9a als auch in Fig. 9b ist das sich durch die zugeführte Strahlungsenergie ausbildende Keyhole schematisch dargestellt. Dieses Keyhole hat näherungsweise seine größte Ausdehnung in der Auftreffrichtung des Strahlbündels und weist folglich bei einem schräg auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahlbündel eine Neigung gegenüber der Vertikalen auf. Wie man in Fig. 9a deutlich erkennt, wird dabei das noch nicht verfestigte Pulvermaterial untergraben und verlagert, während in Fig. 9b dies nicht so stattfindet. Infolgedessen zeigt die verfestigte Schicht in Fig. 9a schlechtere Eigenschaften, insbesondere eine teilweise verminderte bzw. stark schwankende Schichtdicke, welche in der schematischen Darstellung der Fig. 9a nicht gezeigt ist. Both in FIG. 9a and in FIG. 9b, the keyhole formed by the radiant energy supplied is shown schematically. This keyhole has approximately its greatest extent in the direction of incidence of the beam and consequently has an inclination with respect to the vertical in the case of a beam incident obliquely on the building material. As can be clearly seen in FIG. 9a, the not yet solidified powder material is undermined and displaced, while in FIG Fig. 9b this does not take place. As a result, the solidified layer in FIG. 9a shows poorer properties, in particular a partially reduced or strongly fluctuating layer thickness, which is not shown in the schematic illustration of FIG. 9a.
Während in Fig. 9 exemplarisch die Situation gezeigt ist, in der der Bewegungsvektor des Strahlbündels ausschließlich eine Richtungskomponente zum Projektionszentrum hin oder vom Projektionszentrum weg aufweist, wird in der Praxis in der Regel auch eine Richtungskomponente senkrecht zur Verbindungslinie einer Verfestigungsstelle mit dem Projektionszentrum vorhanden sein. Entsprechend lassen sich bei hinreichend großer Richtungskomponente senkrecht zur Verbindungslinie auch dann zufriedenstellende Resultate erzielen, wenn eine nicht zu große vom Projektionszentrum weg zeigende Richtungskomponente vorhanden ist, mit anderen Worten ein Maximalwinkel zwischen dem Bewegungsvektor und der Verbindungslinie zum Projektionszentrum unterschritten wird. While FIG. 9 shows an example of the situation in which the motion vector of the beam exclusively has a directional component towards the projection center or away from the projection center, in practice there will usually also be a directional component perpendicular to the connecting line of a solidification point with the projection center. Correspondingly, with a sufficiently large directional component perpendicular to the connecting line, satisfactory results can also be achieved if there is a directional component that is not too large and not pointing away from the projection center, in other words, a maximum angle between the motion vector and the connecting line to the projection center is not reached.
Wie sich anhand der gegebenen Erklärung ergibt, wird man beim Vorgehen gemäß der Erfindung die deutlichsten Verbesserungen bei der Flomogenität erzielen, wenn ein Strahlbündel schräg auf die Bauebene auftrifft. Dies wird anhand von Fig. 10 veranschaulicht. As can be seen from the explanation given, the procedure according to the invention will achieve the most significant improvements in flomogeneity when a beam of rays strikes the building plane at an angle. This is illustrated with reference to FIG. 10.
Die Ansicht von Fig. 10 ist sehr ähnlich der Ansicht von Fig. 3. Dargestellt ist insbesondere die Lage eines Strahlbündel-Ablenkzentrums 23 oberhalb seines zugehörigen Projektionszentrums 23' in der Bauebene zusammen mit einer schematischen Veranschaulichung der Richtungen 163a, 163b und 163c eines Strahlbündels, wenn dieses auf die Verfestigungsstellen 164a, 164b bzw. 164c gerichtet wird. Die Figur zeigt weiterhin einen jeweiligen Strahlbündelablenkwinkel a6, a1 und a4 zwischen der jeweiligen Richtung 163a, 163b bzw. 163c und der Projektionslinie 23k des Strahlbündel-Ablenkzentrums 23. Die Verfestigungsstelle 164c ist dabei nur aus Gründen der Veranschaulichung eines Ablenkminimalwinkels a1 gezeigt. Wenn bei dem Beispiel der Fig. 10 festgelegt wird, wie die Energieeintragsvorrichtung in einer additiven Herstellvorrichtung für die Abtastung der Verfestigungsstellen 164a und 164b angesteuert werden soll, dann wird zunächst der jeweilige Strahlbündelablenkwinkel a6 bzw. a4 mit dem Ablenkminimalwinkel a1 verglichen. Da der Strahlbündelablenkwinkel a4 für die Verfestigungsstelle 164b größer als der Ablenkminimalwinkel a1 ist, wird an der Verfestigungsstelle 164b die Richtung des Bewegungsvektors so festgelegt, dass ein vorgegebener Maximalwinkel zwischen dem Bewegungsvektor und der Verbindungslinie zum Projektionszentrum unterschritten wird. Der Strahlbündelablenkwinkel a6 für die Verfestigungsstelle 164a ist kleiner als der Ablenkminimalwinkel a1. Daher kann an der Verfestigungsstelle 164a eine Richtung des Bewegungsvektors zugelassen werden, bei der der vorgegebene Maximalwinkel zwischen dem Bewegungsvektor und der Verbindungslinie zum Projektionszentrum überschritten wird. The view of FIG. 10 is very similar to the view of FIG. 3. In particular, the position of a beam deflection center 23 above its associated projection center 23 'in the building plane is shown together with a schematic illustration of the directions 163a, 163b and 163c of a beam, if this is directed at the consolidation points 164a, 164b and 164c, respectively. The figure also shows a respective beam deflection angle a6, a1 and a4 between the respective direction 163a, 163b or 163c and the projection line 23k of the beam deflection center 23. The solidification point 164c is only shown for the sake of illustrating a minimum deflection angle a1. If, in the example of FIG. 10, it is determined how the energy input device is to be controlled in an additive manufacturing device for scanning the solidification points 164a and 164b, then the respective beam deflection angle a6 or a4 is first compared with the minimum deflection angle a1. Since the beam deflection angle a4 for the solidification point 164b is greater than the minimum deflection angle a1, the direction of the motion vector is set at the solidification point 164b so that a predetermined maximum angle between the motion vector and the connecting line to the projection center is not reached. The beam deflection angle a6 for the solidification point 164a is smaller than the minimum deflection angle a1. Therefore, at the solidification point 164a, a direction of the motion vector can be permitted in which the predetermined maximum angle between the motion vector and the connecting line to the projection center is exceeded.
Auch wenn weiter oben erwähnt wurde, dass sich die Vorteilhaftigkeit eines Vorgehens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unabhängig von der Orientierung eines Gasstroms zeigt, der z.B. wie in WO 2014/125280 A2 über das Baufeld, d.h. die zu verfestigenden Stellen, geleitet wird, zeigt, so bedeutet dies nicht, dass sich die Ergebnisse nicht durch eine zusätzliche Berücksichtigung der Orientierung des Gasstroms noch verbessern lassen. Even if it was mentioned further above that the advantageousness of a procedure according to the first exemplary embodiment shows itself independently of the orientation of a gas flow which, for example, as in WO 2014/125280 A2 is directed over the construction field, ie the areas to be consolidated, shows as follows this does not mean that the results cannot be improved by additionally taking into account the orientation of the gas flow.
Wie bereits weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 9 angedeutet wurde, ist es nachteilig, wenn beim Auftreffen der Laserstrahlung auf das Aufbaumaterial letzteres dergestalt verlagert wird, dass es an noch zu verfestigenden Stellen auf dem noch unverfestigten Aufbaumaterial abgelagert wird. Wenn daher während des Abtastens ein Gasstrom über die zu verfestigenden Stellen geleitet wird, so sollten die Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln 22 beim Abtasten der Trajektorien 54 so festgelegt werden, dass eine Richtungskomponente des Gasstroms entgegengesetzt der Richtung der Bewegungsvektoren ist. Auf diese Weise wirkt der Gasstrom Ablagerungen auf noch zu verfestigendem Material entgegen. Alternativ kann, falls die additive Herstellvorrichtung dies zulässt, auch die Richtung bzw. Orientierung des Gasstroms angepasst werden. Zweites Ausführungsbeispiel As already indicated above in connection with FIG. 9, it is disadvantageous if, when the laser radiation strikes the building material, the latter is displaced in such a way that it is deposited on the still unconsolidated building material at points that are still to be solidified. If, therefore, a gas flow is passed over the points to be solidified during scanning, the motion vectors of the number of beam bundles 22 should be determined when scanning the trajectories 54 so that a directional component of the gas flow is opposite to the direction of the motion vectors. In this way, the gas flow counteracts deposits on material that is still to be solidified. Alternatively, if the additive manufacturing device allows this, the direction or orientation of the gas flow can also be adapted. Second embodiment
Das zweite Ausführungsbeispiel bezieht sich auf das weiter oben mit Bezug auf Fig. 2 erläuterte übliche Vorgehen des Abtastens der Stellen eines Querschnitts Teilbereich für Teilbereich. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Reihenfolge, in der die Trajektorien (Hatchlinien) innerhalb jedes Teilbereichs abgetastet werden, durch die Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung in Abhängigkeit von der Lage der Trajektorien relativ zum Projektionszentrum festgelegt. Das Vorgehen wird nachfolgend anhand von Fig. 6 erläutert. The second exemplary embodiment relates to the usual procedure, explained above with reference to FIG. 2, of scanning the locations of a cross section, section by section. According to the second exemplary embodiment, the sequence in which the trajectories (hatch lines) are scanned within each sub-area is determined by the device for controlling an energy input device as a function of the position of the trajectories relative to the projection center. The procedure is explained below with reference to FIG. 6.
Fig. 6 ist sehr ähnlich der Figur 2. Im Unterschied zur Figur 2 ist die Lage des Projektionszentrums 23' relativ zu den Teilbereichen 53 dargestellt. Weiterhin ist in jedem Teilbereich 53 die zeitliche Abfolge, in der die Trajektorien 54 in diesem Teilbereich nacheinander abgetastet werden, jeweils durch einen Pfeil gekennzeichnet, der die Trajektorienabfolgerichtung 86 anzeigt. Man erkennt, dass in Fig. 6 in jedem Teilbereich 53 die ganz rechts angeordnete Trajektorie als erstes durchlaufen wird und dann nacheinander alle weiteren Trajektorien 54 bis zur ganz links im Teilbereich angeordneten Trajektorie durchlaufen werden. Die Reihenfolge, in der die Trajektorien nacheinander abgetastet werden, wird bei dem Beispiel in Fig. 6 durch die Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung also so festgelegt, dass Trajektorien mit geringem Abstand zum Projektionszentrum vor Trajektorien mit größerem Abstand zum Projektionszentrum abgetastet werden. FIG. 6 is very similar to FIG. 2. In contrast to FIG. 2, the position of the projection center 23 ′ relative to the subregions 53 is shown. Furthermore, in each sub-area 53, the time sequence in which the trajectories 54 are scanned one after the other in this sub-area is each identified by an arrow, which indicates the trajectory sequence direction 86. It can be seen that in FIG. 6 in each sub-area 53 the trajectory arranged on the far right is traversed first and then all further trajectories 54 are traversed one after the other up to the trajectory arranged on the far left in the sub-area. The order in which the trajectories are scanned one after the other is determined in the example in FIG. 6 by the device for controlling an energy input device so that trajectories with a small distance from the projection center are scanned before trajectories with a greater distance from the projection center.
Eine beispielhafte Möglichkeit, den Abstand der Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs 53 zum Projektionszentrum 23' festzulegen, besteht darin, dass für jede der Trajektorien 54 in dem Teilbereich 53 vom jeweiligen Anfangspunkt der Trajektorie ein Referenzpunkt-Verbindungsvektor 83 zum Projektionszentrum 23' konstruiert wird und die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente 83s des Verbindungsvektors bestimmt wird. Für eine im Wesentlichen parallele Ausrichtung der Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs kann dann unter Zugrundelegung der Längen der Komponenten 83s eine auf den Trajektorien senkrecht stehende Trajektorienabfolgerichtung 86 festgelegt werden. Als Folge werden näher am Projektionszentrum 23' gelegene Trajektorien vor solchen abgetastet, die weiter entfernt vom Projektionszentrum 23' sind. Natürlich kann für die Konstruktion des Verbindungsvektors anstelle des Anfangspunkts auch ein anderer Referenzpunkt auf den Trajektorien gewählt werden. Für den Fall, dass nicht alle Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs exakt parallel zueinander sind und/oder exakt gleich lang sind, ist es jedoch von Vorteil sich auf den Anfangspunkt oder Endpunkt als Referenzpunkt zu beziehen. An exemplary possibility of defining the distance of the trajectories within a sub-area 53 to the projection center 23 'is that for each of the trajectories 54 in the sub-area 53 from the respective starting point of the trajectory a reference point connection vector 83 to the projection center 23' is constructed and the length the component 83s of the connection vector which is perpendicular to the trajectory is determined. For an essentially parallel alignment of the trajectories within a sub-area, a trajectory sequencing direction 86 perpendicular to the trajectories can then be determined on the basis of the lengths of the components 83s. As a result, trajectories that are closer to the projection center 23 'are scanned before those that are further away from the projection center 23 '. Of course, instead of the starting point, a different reference point on the trajectories can also be selected for the construction of the connection vector. In the event that not all trajectories within a partial area are exactly parallel to one another and / or are of exactly the same length, however, it is advantageous to refer to the starting point or end point as the reference point.
Die Erfinder konnten feststellen, dass mit der beschriebenen Vorgehensweise eine homogenere Verfestigung des Aufbaumaterials erzielt werden konnte (erkennbar z.B. an einer geringeren Oberflächenrauigkeit der abgetasteten Bereiche) als bei einer Abtastung der Trajektorien unter Nichtbeachtung der gewählten Strategie. Auch hier ließ sich eine Verbesserung unabhängig von der jeweils vorliegenden Richtung eines Gasstroms erzielen. Fig. 7 zeigt schematisch ein beispielhaftes Ergebnis der von den Erfindern durchgeführten Untersuchungen hinsichtlich der Abfolge, mit der die Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs abgetastet werden. The inventors were able to determine that with the procedure described a more homogeneous consolidation of the building material could be achieved (recognizable e.g. by a lower surface roughness of the scanned areas) than when scanning the trajectories without observing the chosen strategy. Here, too, it was possible to achieve an improvement regardless of the direction in which a gas flow was present. FIG. 7 schematically shows an exemplary result of the investigations carried out by the inventors with regard to the sequence with which the trajectories are scanned within a partial area.
Wie bei der Untersuchung von Fig. 5 wurde in einer herkömmlichen Lasersintervorrichtung eine Schicht eines Metallpulvers aufgetragen und anschließend mit einem Laserstrahlbündel abgetastet. Fig. 7a und Fig. 7b zeigen jeweils eine Draufsicht auf einen quadratischen Abschnitt des Baufeldes 8 nach dessen Abtastung sowie die Position des Projektionszentrums 23'. Wie im unteren Teil der Figur 5 sind sechzehn Teilbereiche 53 erkennbar, die im Gegensatz zu Fig. 2 nicht unmittelbar aneinander grenzen. In jedem Teilbereich ist durch einen Pfeil 88 die Richtung angedeutet, in der die Trajektorien von dem Laserstrahl bei der Abtastung durchlaufen werden, wobei in allen Teilbereich 53 die zueinander parallelen Trajektorien in derselben Richtung durchlaufen werden, also die Bewegungsvektoren bei der Abtastung in die gleiche Richtung zeigen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Fig. 7a und 7b jeweils nur einer der sechzehn Teilbereiche mit einem Bezugszeichen versehen. As in the investigation of FIG. 5, a layer of a metal powder was applied in a conventional laser sintering device and then scanned with a laser beam. 7a and 7b each show a top view of a square section of the construction field 8 after it has been scanned, as well as the position of the projection center 23 '. As in the lower part of FIG. 5, sixteen partial areas 53 can be seen which, in contrast to FIG. 2, do not directly adjoin one another. In each sub-area, an arrow 88 indicates the direction in which the trajectories are traversed by the laser beam during scanning, the mutually parallel trajectories being traversed in the same direction in all sub-areas 53, i.e. the movement vectors during scanning in the same direction demonstrate. For the sake of clarity, only one of the sixteen partial areas is provided with a reference symbol in FIGS. 7a and 7b.
Fig. 7a und Fig. 7b unterscheiden sich in der Position des die Abtastrichtung anzeigenden Pfeils in den einzelnen Teilbereichen. In Fig. 7a ist dieser Pfeil 88 jeweils am linken oberen Rand der Teilbereiche 53 angeordnet, während in Fig. 7b der Pfeil jeweils am rechten unteren Rand der Teilbereiche angeordnet ist. Der Grund für die unterschiedliche Anordnung ist der, dass sowohl in Fig. 7a als auch in Fig. 7b die Position des Pfeils 88 gleichzeitig auch die innerhalb eines Teilbereichs als Erstes abgetastete Trajektorie kennzeichnen soll. In Fig. 7a werden also in jedem Teilbereich 53 die Trajektorien von links oben nach rechts unten abgetastet, während in Fig. 7b in jedem Teilbereich 53 die Trajektorien von rechts unten nach links oben abgetastet werden. 7a and 7b differ in the position of the arrow indicating the scanning direction in the individual subregions. In Fig. 7a this arrow 88 is arranged on the left upper edge of the subregions 53, while in Fig. 7b the arrow is arranged in each case at the lower right edge of the sub-areas. The reason for the different arrangement is that both in FIG. 7 a and in FIG. 7 b the position of the arrow 88 is intended to simultaneously also identify the trajectory that was scanned first within a partial area. In FIG. 7a, the trajectories are scanned from top left to bottom right in each sub-area 53, while in FIG. 7b the trajectories are scanned from bottom right to top left in each sub-area 53.
Ähnlich wie im unteren Teil der Figur 5 erkennt man in Fig. 7abgetastete Teilbereiche 53 mit drei unterschiedlichen Schraffurdichten sowie Teilbereiche 53 ohne Schraffur. Die unterschiedliche Dichte der Schraffurlinien soll dabei auf die unterschiedliche Qualität, die in den unterschiedlichen Teilbereichen erzielt wurde, hindeuten. Dichter liegende Schraffurlinien in einem Teilbereich 53 sollen im Vergleich zu einem Teilbereich 53 mit weniger dicht liegenden oder gar fehlenden Schaffurlinien auf eine größere Rauheit der Oberfläche hindeuten. Fehlende Schraffurlinien kennzeichnen also Oberflächen mit einer sehr geringen Rauheit. Insbesondere erkennt man durch einen Vergleich von Fig. 7a und Fig. 7b, dass sich eine hhöhere Qualität (erkennbar an der geringeren Oberflächenrauigkeit) erzielen lässt, wenn die Richtung, in der die Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs nacheinander abgetastet werden (Trajektorienabfolgerichtung), eine Komponente aufweist, die vom Projektionszentrum 23' weg zeigt. Dieses Ergebnis konnte unabhängig von der Richtung eines Gasstroms über das Baufeld während des Abtastens beobachtet werden. Similar to the lower part of FIG. 5, scanned sub-areas 53 with three different hatching densities and sub-areas 53 without hatching can be seen in FIG. The different density of the hatching lines is intended to indicate the different quality that was achieved in the different sub-areas. Denser hatching lines in a sub-area 53 are intended to indicate a greater roughness of the surface compared to a sub-area 53 with less dense or even missing hatching lines. Missing hatching lines therefore indicate surfaces with a very low roughness. In particular, a comparison of FIGS. 7a and 7b shows that a higher quality (recognizable by the lower surface roughness) can be achieved if the direction in which the trajectories are scanned within a sub-area one after the other (trajectory sequencing direction) is a component which points away from the projection center 23 '. This result could be observed independently of the direction of a gas flow over the construction field during the scanning.
Weiterhin erkennt man auch, dass eine Verbesserung auch für jene Teilbereiche 53 erzielt wird, in denen der Bewegungsvektor des Strahlbündels beim Abtasten der Trajektorien eine Richtungskomponente vom Projektionszentrum weg aufweist. Damit wird deutlich, das ein Vorgehen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel für sich genommen, also unabhängig von der Wahl der Richtung des Bewegungsvektors beim Abtasten der einzelnen Trajektorien, zu einer verbesserten Qualität der verfestigten Bereiche führt. Entsprechend kann auch bei dem in Fig. 6 veranschaulichten Vorgehen eine Verbesserung der Flomogenität erzielt werden, obwohl dort in den Teilbereichen 53 die Abtastrichtung (Hatchrichtung) alterniert, also jede zweite Trajektorie eine Richtungskomponente aufweist, die vom Projektionszentrum 23' weg zeigt. Wenn eine besonders hohe Homogenität der hergestellten Bauteile gewünscht ist, dann sollten die Vorgehensweisen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel miteinander kombiniert werden, was ohne Weiteres möglich ist. Furthermore, it can also be seen that an improvement is also achieved for those subregions 53 in which the motion vector of the beam has a directional component away from the projection center when the trajectories are scanned. This makes it clear that a procedure according to the second exemplary embodiment in itself, that is to say independently of the choice of the direction of the motion vector when scanning the individual trajectories, leads to an improved quality of the solidified areas. Correspondingly, an improvement in flomogeneity can also be achieved with the procedure illustrated in FIG shows. If a particularly high homogeneity of the components produced is desired, then the procedures according to the first exemplary embodiment and according to the second exemplary embodiment should be combined with one another, which is easily possible.
Eine mögliche Erklärung des beobachteten Verhaltens wird mit Bezug auf Fig. 12 gegeben. In Fig. 12 ist ähnlich wie in Fig. 9 die Lage eines sich beim Auftreffen eines Strahlbündels auf das pulverförmige Aufbaumaterial sich ausbildenden Keyholes dargestellt. Im Unterschied zur Figur 9 bewegt sich allerdings das Strahlbündel senkrecht zur Verbindungslinie von der jeweiligen Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum. In der linken Hälfte der Figuren 12a und 12b wird also jeweils ein Schnitt durch das Keyhole und zwei angrenzende Verfestigungsbahnen 54' senkrecht zur Bewegungsrichtung des Strahlbündels gezeigt, die Bewegungsrichtung des Strahlbündels ist also senkrecht zur Ebene des Zeichenblatts. Der Unterschied zwischen Fig. 12a und Fig. 12b besteht darin, dass in Fig. 12a das Keyhole zum unverfestigen Pulvermaterial hin geneigt ist, wohingegen in Fig. 12b das Keyhole zu den beiden Verfestigungsbahnen 54' mit bereits verfestigtem Aufbaumaterial hin geneigt ist. In der rechten Hälfte der Figuren 12a und 12b ist jeweils eine Draufsicht auf eine aktuell zu verfestigende Schicht gezeigt. Aus dieser Draufsicht geht hervor, dass in Fig. 12a die Trajektorienabfolgerichtung zum (nicht gezeigten) Projektionszentrum 23' hin zeigt, während in Fig. 12b die Trajektorienabfolgerichtung vom Projektionszentrum 23' weg zeigt. A possible explanation of the observed behavior is given with reference to FIG. In FIG. 12, similar to FIG. 9, the position of a keyhole that forms when a beam of rays hits the powdery building material is shown. In contrast to FIG. 9, however, the beam moves perpendicular to the connecting line from the respective solidification point to the projection center. In the left half of FIGS. 12a and 12b, a section through the keyhole and two adjacent consolidation tracks 54 'is shown perpendicular to the direction of movement of the beam, so the direction of movement of the beam is perpendicular to the plane of the drawing sheet. The difference between FIG. 12a and FIG. 12b is that in FIG. 12a the keyhole is inclined towards the unconsolidated powder material, whereas in FIG. 12b the keyhole is inclined towards the two consolidation tracks 54 'with already consolidated build-up material. In the right half of FIGS. 12a and 12b, a top view of a layer that is currently to be solidified is shown in each case. This top view shows that in FIG. 12a the trajectory succession direction points towards the projection center 23 '(not shown), while in FIG. 12b the trajectory succession direction points away from the projection center 23'.
In Fig. 12 ist (wie auch in Fig. 9) die Verlagerung von Material aus dem Keyhole mittels zweier Pfeile zu beiden Seiten des jeweiligen Keyholes veranschaulicht. Man erkennt, dass in Fig. 12a Material aus dem Keyhole auf dem noch nicht verfestigten pulverförmigen Aufbaumaterial abgelagert wird, wohingegen in Fig. 12b Material aus dem Keyhole auf den Verfestigungsbahnen 54' abgelagert wird. Entsprechend wird in der Situation von Fig. 12a der Aufschmelzvorgang beim Abtasten der nachfolgenden benachbarten Trajektorie beeinträchtigt, was zu einer verschlechterten Qualität, z.B. einer raueren Oberfläche der zugehörigen Verfestigungsbahn, führt. Ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel kann sich in der Praxis heraussteilen, dass aufgrund anderer Randbedingungen, z.B. einer vorgegebenen nicht zu überschreitenden Fertigungszeit für die Herstellung des Objekts, von dem Vorgehen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel abgewichen werden muss. In solch einem Fall kann ein Vorgehen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel lediglich in solchen Teilbereichen vorgegangen werden, in denen ein Bewegungsvektor beim Abtasten einer Trajektorie innerhalb des Teilbereichs gegenüber der Verbindungslinie zum Projektionszentrum einen Winkel aufweist, der einen Minimalwinkel g2 überschreitet. Dies wird anhand von Fig. 11 veranschaulicht. In FIG. 12 (as in FIG. 9) the displacement of material from the keyhole is illustrated by means of two arrows on both sides of the respective keyhole. It can be seen that in FIG. 12a material from the keyhole is deposited on the not yet solidified powdery building material, whereas in FIG. 12b material from the keyhole is deposited on the solidification tracks 54 '. Accordingly, in the situation of FIG. 12a, the melting process is impaired when the subsequent adjacent trajectory is scanned, which leads to a deteriorated quality, for example a rougher surface of the associated solidification path. Similar to the first exemplary embodiment, it can become apparent in practice that the procedure according to the second exemplary embodiment must be deviated from due to other boundary conditions, for example a predetermined manufacturing time that must not be exceeded for the manufacture of the object. In such a case, a procedure according to the second exemplary embodiment can only be carried out in those partial areas in which a motion vector when scanning a trajectory within the partial area has an angle with respect to the connecting line to the projection center which exceeds a minimum angle g2. This is illustrated with reference to FIG. 11.
Fig. 11 zeigt schematisch eine Draufsicht auf das Baufeld 8, in der die Position eines Projektionszentrums 23' relativ zu Trajektorien 154, 155 und 157 in unterschiedlichen Teilbereichen gezeigt ist. Der Verbindungsvektor 181 zum Projektionszentrum 23' schließt mit einem Bewegungsvektor entlang der exemplarischen Trajektorie 154 einen Winkel g2 ein, der im Beispiel der Figur 11 als Minimalwinkel festgelegt wird. 11 schematically shows a top view of the construction field 8, in which the position of a projection center 23 ′ relative to trajectories 154, 155 and 157 is shown in different subregions. The connection vector 181 to the projection center 23 ′ encloses an angle g2 with a motion vector along the exemplary trajectory 154, which in the example in FIG. 11 is defined as the minimum angle.
Mit einer solchen Festlegung eines Minimalwinkels g2 wird für die Trajektorien 155 die Trajektorienabfolgerichtung 186 so festgelegt, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum 23' liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum 23' liegen, abgetastet werden. Der Grund ist, dass beim Abtasten der parallel verlaufenden Trajektorien 155 ein Winkel g5 zwischen der Richtung des Bewegungsvektors und dem jeweiligen Verbindungsvektor 183 zum Projektionszentrum 23' größer als der Minimalwinkel g2 ist. Die Bewegungsvektoren entlang der parallel zueinander verlaufenden Trajektorien 157 schließen einen Winkel g7 mit dem jeweiligen Verbindungsvektor 188 ein, der kleiner als der Minimalwinkel g2 ist. Entsprechend kann für die Trajektorien 157 eine Trajektorienabfolgerichtung 187 zugelassen werden, bei der Trajektorien, die näher am Projektionszentrum 23' liegen, nach Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum 23' liegen, abgetastet werden. With such a definition of a minimum angle g2, the trajectory sequencing direction 186 is defined for the trajectories 155 such that trajectories that are closer to the projection center 23 'are scanned before trajectories that are further away from the projection center 23'. The reason is that when the trajectories 155 running in parallel are scanned, an angle g5 between the direction of the motion vector and the respective connection vector 183 to the projection center 23 ′ is greater than the minimum angle g2. The motion vectors along the trajectories 157 running parallel to one another enclose an angle g7 with the respective connection vector 188 which is smaller than the minimum angle g2. Correspondingly, a trajectory sequencing direction 187 can be permitted for the trajectories 157, in which trajectories which are closer to the projection center 23 ′ are scanned for trajectories which are further away from the projection center 23 ′.
Auch beim zweiten Ausführungsbeispiel wird man beim Vorgehen gemäß der Erfindung die deutlichsten Verbesserungen bei der Homogenität bei einem schrägen Auftreffen des Strahlbündels auf die Bauebene erzielen. Anders gesagt kann für ein hinreichend senkrechtes Auftreffen des Strahlbündels unter Umständen auf ein im zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenes Vorgehen verzichtet werden, wenn die Genauigkeitsanforderungen nicht so hoch sind. Das anhand von Fig. 10 veranschaulichte Vorgehen in Abhängigkeit vom Strahlbündelablenkwinkel kann daher in gleicherweise in Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel angewandt werden. In the case of the second exemplary embodiment, too, when the procedure according to the invention is used, the most significant improvements in the homogeneity will be achieved in the case of an oblique impingement of the beam on the building plane. In other words, it can be for a sufficiently perpendicular impingement of the beam, under certain circumstances, a procedure described in the second exemplary embodiment can be dispensed with if the accuracy requirements are not so high. The procedure illustrated with reference to FIG. 10 as a function of the beam deflection angle can therefore be used in the same way in connection with the second exemplary embodiment.
Ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel lassen sich die Ergebnisse noch verbessern, wenn zusätzliche eine Orientierung des Gasstroms berücksichtigt wird. Similar to the first exemplary embodiment, the results can be improved if an orientation of the gas flow is also taken into account.
Wie bereits weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 12a erwähnt wurde, ist es nachteilig, wenn beim Auftreffen der Laserstrahlung auf das Aufbaumaterial Material aus dem Keyhole dergestalt verlagert wird, dass es an noch zu verfestigenden Stellen auf noch unverfestigtem Aufbaumaterial abgelagert wird. Wenn daher während des Abtastens ein Gasstrom über die zu verfestigenden Stellen geleitet wird, so sollte die Trajektorienabfolgerichtung nicht nur so gewählt werden, dass sie vom Projektionszentrum 23' weg zeigt, sondern es sollte für die Verfestigung auch ein Strahlbündel-Ablenkzentrum 23 gewählt werden, dessen zugeordnetes Projektionszentrum 23' eine Position hat, die dazu führt, dass eine Richtungskomponente des Gasstroms während der Abtastung von einer Verfestigungsstelle in Richtung des Projektionszentrums 23 zeigt. Auf diese Weise wirkt der Gasstrom Ablagerungen auf noch zu verfestigendem Material entgegen. Alternativ kann, falls die additive Herstellvorrichtung dies zulässt, auch die Richtung bzw. Orientierung des Gasstroms angepasst werden. As already mentioned above in connection with FIG. 12a, it is disadvantageous if, when the laser radiation strikes the building material, material is displaced from the keyhole in such a way that it is deposited on building material that is not yet solidified at points that are still to be solidified. If, therefore, a gas flow is passed over the points to be solidified during the scanning, the trajectory succession direction should not only be selected so that it points away from the projection center 23 ', but a beam deflection center 23 should also be selected for the solidification associated projection center 23 ′ has a position which results in a directional component of the gas flow pointing from a solidification point in the direction of projection center 23 during the scan. In this way, the gas flow counteracts deposits on material that is still to be solidified. Alternatively, if the additive manufacturing device allows this, the direction or orientation of the gas flow can also be adapted.
Drittes Ausführungsbeispiel Third embodiment
Das dritte Ausführungsbeispiel bezieht sich wie das zweite Ausführungsbeispiel auf das weiter oben mit Bezug auf Fig. 2 erläuterte übliche Vorgehen des Abtastens der Stellen eines Querschnitts Teilbereich für Teilbereich. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Reihenfolge, in der die Teilbereiche nacheinander abgetastet werden, durch die Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung in Abhängigkeit von der Lage der Teilbereiche relativ zum Projektionszentrum festgelegt. Das Vorgehen wird nachfolgend anhand von Fig. 8 erläutert. The third exemplary embodiment, like the second exemplary embodiment, relates to the usual procedure, explained above with reference to FIG. 2, of scanning the locations of a cross section, section by section. According to the third exemplary embodiment, the sequence in which the partial areas are scanned one after the other is controlled by the device for controlling a Energy input device determined as a function of the position of the sub-areas relative to the projection center. The procedure is explained below with reference to FIG. 8.
Fig. 8 ist sehr ähnlich zur Figur 6, wobei jedoch die Trajektorienabfolgerichtung 86 in den Teilbereichen nicht eigens durch einen Pfeil gekennzeichnet. In Fig. 8 werden die beiden mit den Bezugszeichen 53a und 53b versehenen Teilbereiche durch den angefügten Kleinbuchstaben voneinander unterschieden. Dadurch soll zum Ausdruck gebracht werden, dass der Teilbereich 53a vor dem Teilbereich 53b abgetastet wird, da er einen geringeren Abstand zum Projektionszentrum 23' aufweist. FIG. 8 is very similar to FIG. 6, but the trajectory sequence direction 86 is not specifically identified by an arrow in the subregions. In FIG. 8, the two partial areas provided with the reference numerals 53a and 53b are distinguished from one another by the appended lower case letter. This is intended to express that the sub-area 53a is scanned in front of the sub-area 53b, since it is at a smaller distance from the projection center 23 '.
Eine beispielhafte Möglichkeit, den Abstand zwischen einem Teilbereich und dem Projektionszentrum zu berücksichtigen, besteht darin, für jeden Teilbereich den minimalen Abstand zum Projektionszentrum zu bestimmen und die Teilbereiche mit wachsender Größe der Minimalabstände abzutasten, also den Teilbereich mit dem kleinsten Minimalabstand als Erstes und den Teilbereich mit dem größten Minimalabstand als Letztes. In Fig. 8 ist der Minimalabstand zwischen dem Teilbereich 53a und dem Projektionszentrum 23' durch einen Verbindungsvektor bzw. eine gerade Verbindungslinie 93 gekennzeichnet. An exemplary possibility of taking into account the distance between a sub-area and the projection center is to determine the minimum distance to the projection center for each sub-area and to scan the sub-areas with increasing size of the minimum distances, i.e. the sub-area with the smallest minimum distance first and the sub-area with the greatest minimum distance last. In FIG. 8, the minimum distance between the partial area 53a and the projection center 23 ′ is identified by a connection vector or a straight connection line 93.
Natürlich kann der Abstand zwischen einem Teilbereich und dem Projektionszentrum auch auf andere Weise festgelegt werden. Beispielsweise könnte man nicht, wie gerade beschrieben, die Länge der kürzesten Verbindungslinie zwischen einem Teilbereich und dem Projektionszentrum als Abstand festlegen, sondern die Komponente der kürzesten Verbindungslinie, die senkrecht auf den Trajektorien innerhalb des Teilbereichs steht. Ein entsprechender Abstand ist in Fig. 8 mit dem Bezugszeichen 93p versehen. Of course, the distance between a partial area and the projection center can also be determined in other ways. For example, as just described, the length of the shortest connecting line between a sub-area and the projection center could not be defined as the distance, but the component of the shortest connecting line that is perpendicular to the trajectories within the sub-area. A corresponding distance is provided with the reference symbol 93p in FIG. 8.
Auch für ein Vorgehen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel konnten die Erfinder feststellen, dass eine homogenere Verfestigung des Aufbaumaterials erzielt werden kann als im Vergleich zu einer Nichtbeachtung der eben beschriebenen bevorzugten zeitlichen Reihenfolge für die Abtastung der Teilbereiche nacheinander. Auch hier ließ sich eine Verbesserung unabhängig von der jeweils vorliegenden Richtung eines Gasstroms erzielen. For a procedure in accordance with the third exemplary embodiment, the inventors were also able to determine that a more homogeneous solidification of the building material can be achieved than in comparison to disregarding the preferred time sequence just described for scanning the subregions one after the other. Also here left an improvement can be achieved regardless of the direction in which a gas flow is present.
Wie beim zweiten Ausführungsbeispiel kann man, insbesondere bei Vorliegen weiterer Randbedingungen, z.B. einer vorgegebenen nicht zu überschreitenden Fertigungszeit für die Herstellung des Objekts, ein Vorgehen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel auf solche Teilbereiche beschränken, in denen die abzutastenden Trajektorien gegenüber der Verbindungslinie zum Projektionszentrum einen Winkel aufweisen, der einen Minimalwinkel g2 überschreitet. Die obigen Erläuterungen in Zusammenhang mit der Figur 11 lassen sich analog auch auf das dritte Ausführungsbeispiel übertragen. As in the second exemplary embodiment, especially if there are additional boundary conditions, e.g. a predetermined manufacturing time for the manufacture of the object that must not be exceeded, a procedure according to the third exemplary embodiment can be limited to those subregions in which the trajectories to be scanned are at an angle with respect to the connecting line to the projection center which exceeds a minimum angle g2. The above explanations in connection with FIG. 11 can also be applied analogously to the third exemplary embodiment.
Auch beim dritten Ausführungsbeispiel wird man beim Vorgehen gemäß der Erfindung die deutlichsten Verbesserungen bei der Homogenität bei einem schrägen Auftreffen des Strahlbündels auf die Bauebene erzielen. Anders gesagt kann für ein hinreichend senkrechtes Auftreffen des Strahlbündels unter Umständen auf ein im dritten Ausführungsbeispiel beschriebenes Vorgehen verzichtet werden, wenn die Genauigkeitsanforderungen nicht so hoch sind. Das anhand von Fig. 10 veranschaulichte Vorgehen in Abhängigkeit vom Strahlbündelablenkwinkel kann in gleicherweise in Zusammenhang mit dem dritten Ausführungsbeispiel angewandt werden. In the case of the third exemplary embodiment, too, when the procedure according to the invention is used, the most significant improvements in the homogeneity will be achieved when the beam strikes the building plane at an angle. In other words, for a sufficiently perpendicular impingement of the beam, under certain circumstances, the procedure described in the third exemplary embodiment can be dispensed with if the accuracy requirements are not so high. The procedure illustrated with reference to FIG. 10 as a function of the beam deflection angle can be applied in the same way in connection with the third exemplary embodiment.
Ähnlich wie beim zweiten Ausführungsbeispiel lassen sich die Ergebnisse noch verbessern, wenn zusätzliche eine Orientierung des Gasstroms berücksichtigt wird. Similar to the second exemplary embodiment, the results can be further improved if an orientation of the gas flow is also taken into account.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Homogenität der Eigenschaften der hergestellten Objekte dadurch verbessert, dass Teilbereiche, die näher am Projektionszentrum 23' des Strahlbündels 22 liegen, vor Teilbereichen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum 23' liegen, abgetastet werden. Auch dabei soll vermieden werden, dass durch die Abtastung Material auf noch nicht verfestigtem Aufbaumaterial abgelagert wird. Wenn daher während des Abtastens ein Gasstrom über die zu verfestigenden Stellen geleitet wird, so sollte für die Verfestigung ein Strahlbündel-Ablenkzentrum 23 gewählt werden, dessen zugeordnetes Projektionszentrum 23' eine Position hat, die dazu führt, dass eine Richtungskomponente des Gasstroms während der Abtastung von den Verfestigungsstellen in den Teilbereichen in Richtung des Projektionszentrums 23 zeigt. Auf diese Weise wirkt der Gasstrom Ablagerungen auf noch zu verfestigendem Material entgegen. Alternativ kann, falls die additive Herstellvorrichtung dies zulässt, auch die Richtung bzw. Orientierung des Gasstroms angepasst werden. According to the third exemplary embodiment, the homogeneity of the properties of the manufactured objects is improved in that subregions which are closer to the projection center 23 ′ of the beam bundle 22 are scanned in front of subregions which are further away from the projection center 23 ′. In this case, too, the aim is to avoid material being deposited on building material that has not yet solidified as a result of the scanning. If, therefore, a gas stream is passed over the points to be solidified during scanning, a beam deflection center 23 should be selected for the solidification, its associated one Projection center 23 ′ has a position which results in a directional component of the gas flow pointing in the direction of projection center 23 from the solidification points in the partial areas during the scan. In this way, the gas flow counteracts deposits on material that is still to be solidified. Alternatively, if the additive manufacturing device allows this, the direction or orientation of the gas flow can also be adapted.
Die im ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel beschriebenen Vorgehensweisen lassen sich einschließlich ihrer Abwandlungen beliebig miteinander kombinieren. Die größte Homogenität der Eigenschaften eines additiv hergestellten Objekts erzielt man dabei bei einem Vorgehen, welches bei der Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung gleichzeitig die Lehren aller drei Ausführungsbeispiele umsetzt. Schließlich sei noch bemerkt, dass der oben beschriebene Maximalwinkel g1 und der oben beschriebene Minimalwinkel g2 nicht symmetrisch bezüglich desThe procedures described in the first, second and third exemplary embodiments, including their modifications, can be combined with one another as desired. The greatest homogeneity of the properties of an additively manufactured object is achieved with a procedure which simultaneously implements the teachings of all three exemplary embodiments when controlling an energy input device. Finally, it should be noted that the maximum angle g1 described above and the minimum angle g2 described above are not symmetrical with respect to the
Verbindungsvektors von einer Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum gewählt werden müssen. Vielmehr können für Bewegungsvektoren, die auf unterschiedlichen Seiten des Verbindungsvektors liegen, für den Maximalwinkel g1 und/oder den Minimalwinkel g2 unterschiedliche Werte vorgegeben werden. Connection vector must be chosen from a solidification point to the projection center. Rather, for motion vectors that lie on different sides of the connection vector, different values can be specified for the maximum angle g1 and / or the minimum angle g2.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird, wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) ein Projektionszentrum (23') zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel- Ablenkzentrums (23) auf die Bauebene (7) entspricht, wobei zumindest ein Abschnitt eines Objektquerschnitts, Teilbereich für Teilbereich verfestigt wird, wobei in zumindest einem der Teilbereiche (53), dessen Verfestigungsstellen mit einem diesem Teilbereich zugeordneten Strahlbündel (22) abgetastet werden, die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien (54) so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden. 1. A method for controlling an energy input device (20) of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building level (7) by means of the energy input device by supplying radiation energy to solidification points in each layer, which are assigned to the cross-section of the object in this layer, by creating these solidification points with a number of beam bundles (22) provided by the energy input device (20) along a plurality of trajectories (54) in the building plane (7), each of the number of beam bundles being assigned a beam deflection center (23) above the building plane (7), from which the beam is directed onto the building plane, with each beam deflecting center (23) having a project ctionszentrum (23 ') is assigned, which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center (23) on the building plane (7), wherein at least a portion of an object cross-section is consolidated, sub-area by sub-area, wherein in at least one of the sub-areas (53 ), the solidification points of which are scanned with a beam (22) assigned to this sub-area, the sequence of scanning of the trajectories (54) is determined so that trajectories that are closer to the projection center (23 ') of the beam before trajectories that are further away from the projection center (23 ') are scanned.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem Teilbereich (53), in dem die Trajektorien (54) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels (22) liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden, die Richtungen der Bewegungsvektoren entlang der Trajektorien so festgelegt werden, dass an jeder der Verfestigungsstellen der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum (23') des für diesen Teilbereich verwendeten Strahlbündels (22) hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel g1 ist. 2. The method according to claim 1, wherein in a sub-area (53) in which the trajectories (54) run essentially parallel to each other and the order of the scanning of the trajectories is determined so that trajectories that are closer to The projection center (23 ') of the beam (22) are located before trajectories which are further away from the projection center (23') are scanned, the directions of the motion vectors along the trajectories are set so that the motion vector is at an angle opposite to each of the solidification points a connection vector from this solidification point to the projection center (23 ') of the beam bundle (22) used for this partial area, which is smaller than a predetermined maximum angle g1.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zur Bestimmung der Nähe einer Trajektorie zum Projektionszentrum (23') für jede der Trajektorien ein Referenzpunkt- Verbindungsvektor (83) von einem Referenzpunkt auf der jeweiligen Trajektorie, bevorzugt von einem Anfangspunkt der jeweiligen Trajektorie, zum Projektionszentrum (23') konstruiert wird und die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente (83s) des Referenzpunkt-Verbindungsvektors (83) bestimmt wird, wobei festgelegt wird, dass für jeweils zwei Trajektorien, bei denen sich die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente (83s) unterscheidet, jene Trajektorie näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels (22) liegt, bei der die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente (83s) kleiner ist. 3. The method according to claim 1 or 2, in which to determine the proximity of a trajectory to the projection center (23 ') for each of the trajectories a reference point connection vector (83) from a reference point on the respective trajectory, preferably from a starting point of the respective trajectory, to the projection center (23 ') is constructed and the length of the perpendicular to the trajectory component (83s) of the reference point connection vector (83) is determined, whereby it is determined that for two trajectories in which the length of the on the trajectory perpendicular component (83s) distinguishes that trajectory closer to the projection center (23 ') of the beam (22), in which the length of the component (83s) that is perpendicular to the trajectory is smaller.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einem Teilbereich (53), in dem die Trajektorien (54) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels (22) liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden, der Bewegungsvektor an zumindest einer Verfestigungsstelle einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum (23') des verwendeten Strahlbündels (22) hin aufweist, der größer als ein vorbestimmter Minimalwinkel g2 ist. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein in a partial area (53) in which the trajectories (54) run essentially parallel to each other and the order of the scanning of the trajectories is determined so that trajectories that are closer to the projection center ( 23 ') of the beam (22) lie, before trajectories which are further away from the projection center (23') are scanned, the motion vector at at least one solidification point is at an angle to a connection vector from this solidification point to the projection center (23 ') of the beam bundle used (22) which is greater than a predetermined minimum angle g2.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem für unterschiedliche Werte eines Strahlbündelablenkwinkels a unterschiedliche Minimalwinkel g2 festgelegt werden, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand der Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum (23') und der Länge der Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) definiert ist, wobei die Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) ein auf der Bauebene (7) gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum (23') mit dem Strahlbündel- Ablenkzentrum (23) verbindet. 5. The method as claimed in claim 4, in which different minimum angles g2 are established for different values of a beam deflection angle a, a beam deflection angle being the arctangent of the quotient The distance of the solidification point from the projection center (23 ') and the length of the projection line (23k) of the beam deflection center (23) is defined, the projection line (23k) of the beam deflection center (23) being a plumb line precipitated on the construction plane (7) which connects the projection center (23 ') with the beam deflection center (23).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem bei der Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit der additiven Herstellvorrichtung während der Abtastung ein Gasstrom über die jeweilige Verfestigungsstelle geleitet wird, wobei für die Abtastung der Verfestigungsstellen in dem zumindest einen der Teilbereiche (53) ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) gewählt wird, für das eine Richtungskomponente des Gasstroms von den Verfestigungsstellen zum dem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) zugeordneten Projektionszentrum (23') zeigt. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, in which in the production of a three-dimensional object with the additive manufacturing device, a gas flow is passed over the respective solidification point during the scanning, wherein for the scanning of the solidification points in the at least one of the subregions (53) a beam deflection center (23) is selected for which a directional component of the gas flow points from the solidification points to the projection center (23 ') assigned to the beam deflection center (23).
7. Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend dieses Strahlbündel auf die Bauebene (7) gerichtet wird, wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) ein Projektionszentrum (23') zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel- Ablenkzentrums (23) auf die Bauebene (7) entspricht, wobei zumindest in einem Abschnitt eines Objektquerschnitts, die Richtungen der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln (22) beim Abtasten der Trajektorien (54) so festgelegt werden, dass an jeder der Verfestigungsstellen in diesem Abschnitt der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum (23') des verwendeten Strahlbündels (22) hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel g1 ist. 7. A method for controlling an energy input device (20) of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building level (7) by means of the energy input device by supplying radiation energy to solidification points in each layer, which are assigned to the cross-section of the object in this layer, by creating these solidification points with a number of beam bundles (22) provided by the energy input device (20) along a plurality of trajectories (54) in the building plane (7) are scanned, each of the number of beams is assigned a beam deflection center (23) above the building plane (7), from which this beam is directed onto the building plane (7), each beam deflecting center (23) egg n projection center (23 ') is assigned, which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center (23) on the building plane (7), the directions of the motion vectors of the number of beam bundles (22) in at least one section of an object cross-section Sampling the Trajectories (54) are set so that at each of the solidification points in this section, the motion vector has an angle with respect to a connection vector from this solidification point to the projection center (23 ') of the beam (22) used, which is smaller than a predetermined maximum angle g1.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der vorbestimmte Maximalwinkel g1 einen Wert aufweist, der kleiner oder gleich 135° ist, bevorzugt, kleiner oder gleich 90°. 8. The method according to claim 7, wherein the predetermined maximum angle g1 has a value that is less than or equal to 135 °, preferably less than or equal to 90 °.
9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem für unterschiedliche Werte eines Strahlbündelablenkwinkels a unterschiedliche Maximalwinkel g1 festgelegt werden, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand zwischen der Verfestigungsstelle und dem Projektionszentrum (23') und der Länge der Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) definiert ist, wobei die Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) ein auf der Bauebene (7) gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum (23') mit dem Strahlbündel- Ablenkzentrum (23) verbindet. 9. The method according to claim 7, in which different maximum angles g1 are set for different values of a beam deflection angle a, a beam deflection angle being the arctangent of the quotient of the distance between the solidification point and the projection center (23 ') and the length of the projection line (23k) des Beam deflection center (23) is defined, the projection line (23k) of the beam deflection center (23) being a plumb line precipitated on the building plane (7) which connects the projection center (23 ') with the beam deflection center (23).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem festgelegt wird, dass zumindest zwei benachbarte Trajektorien (54) in gleicher oder unterschiedlicher Richtung abgetastet werden, und unterschiedliche Strahlbündel (22) zur Abtastung benachbarter Trajektorien verwendet werden. 10. The method according to any one of claims 7 to 9, in which it is established that at least two adjacent trajectories (54) are scanned in the same or different directions, and different beam bundles (22) are used to scan adjacent trajectories.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem bei der Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit der additiven Herstellvorrichtung während der Abtastung ein Gasstrom über die jeweilige Verfestigungsstelle geleitet wird, wobei in dem zumindest einen Abschnitt eines Objektquerschnitts, die Richtungen der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln (22) beim Abtasten der Trajektorien (54) so festgelegt werden, dass eine Richtungskomponente des Gasstroms entgegengesetzt der Richtung der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln ist. 11. The method according to any one of claims 7 to 10, wherein in the production of a three-dimensional object with the additive manufacturing device during the scanning, a gas flow is passed over the respective solidification point, wherein in the at least one section of an object cross-section, the directions of the motion vectors of the number of beam bundles (22) when scanning the trajectories (54) are determined so that a directional component of the gas flow is opposite to the direction of the motion vectors of the number of beam bundles.
12. Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene (7) gerichtet wird, wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) ein Projektionszentrum (23') zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel- Ablenkzentrums (23) auf die Bauebene (7) entspricht, wobei zumindest ein Abschnitt eines Objektquerschnitts, Teilbereich für Teilbereich verfestigt wird, wobei die zeitliche Reihenfolge der Abtastung von Teilbereichen (53), deren Verfestigungsstellen mit einem diesen Teilbereichen zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, so festgelegt wird, dass Teilbereiche, die näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels (22) liegen, vor Teilbereichen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden. 12. A method for controlling an energy input device (20) of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building level (7) by means of the energy input device by supplying radiation energy to solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, by creating these solidification points with a number of beam bundles (22) provided by the energy input device (20) along a plurality of trajectories (54) in the building plane (7) are scanned, each of the number of beams is assigned a beam deflection center (23) above the building plane (7), from which the beam is directed onto the building plane (7), each beam deflecting center (23) a pr ojektionszentrum (23 ') is assigned, which corresponds to a vertical projection of the position of the beam deflection center (23) on the building plane (7), wherein at least a portion of an object cross-section is solidified, sub-area by sub-area, the chronological order of the scanning of sub-areas (53), the solidification points of which are scanned with a beam bundle assigned to these partial areas, is determined in such a way that partial areas which are closer to the projection center (23 ') of the beam bundle (22) lie in front of partial areas which are further away from the projection center (23') to be scanned.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei in den Teilbereichen (53), für die die zeitliche Reihenfolge der Abtastung festgelegt wird, an jeder der Verfestigungsstellen der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des für diesen Teilbereich verwendeten Strahlbündels hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel g1 ist. 13. The method according to claim 12, wherein in the partial areas (53) for which the temporal sequence of the scanning is determined, at each of the solidification points, the motion vector has an angle with respect to a connection vector from this solidification point to the projection center of the beam used for this partial area, which is smaller than a predetermined maximum angle g1.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei in zumindest einem Teilbereich (53), dessen Verfestigungsstellen mit einem diesem Teilbereich zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien (54) so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels (22) liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden. 14. The method according to claim 12 or 13, wherein in at least one sub-area (53) whose solidification points are associated with this sub-area Beam bundles are scanned, the sequence of the scanning of the trajectories (54) is determined so that trajectories which are closer to the projection center (23 ') of the beam bundle (22) are scanned before trajectories which are further away from the projection center (23') will.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem als Maß für den Abstand eines Teilbereichs (53) vom Projektionszentrum (23') das Minimum der Abstände der Verfestigungsstellen in dem Teilbereich vom Projektionszentrum verwendet wird. 15. The method according to any one of claims 12 to 14, in which the minimum of the distances between the solidification points in the partial area from the projection center is used as a measure of the distance between a sub-area (53) from the projection center (23 ').
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem der Abschnitt eine Mehrzahl von Teilbereichen (53) aufweist, die in einer Draufsicht auf die Bauebene (7) eine Rechteckgestalt aufweisen, wobei die Trajektorien (54) in dem Abschnitt im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen parallel zu den Querseiten der Teilbereiche verlaufen, wobei als Maß für den Abstand eines Teilbereichs (53) vom Projektionszentrum (23') die Länge eines Lots (93p) vom Projektionszentrum auf eine durch einen Teilbereich parallel zu einer Längsseite verlaufende Gerade verwendet wird. 16. The method according to any one of claims 12 to 15, in which the section has a plurality of partial areas (53) which have a rectangular shape in a plan view of the building plane (7), the trajectories (54) in the section being essentially parallel run parallel to each other and essentially parallel to the transverse sides of the sub-areas, the length of a perpendicular (93p) from the projection center on a straight line running through a sub-area parallel to a longitudinal side being used as a measure of the distance of a sub-area (53) from the projection center (23 ') will.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei bei der Verfestigung von in unterschiedlichen Schichten vorhandenen Querschnitten des Objekts die Längsseiten der Mehrzahl von Teilbereichen in den unterschiedlichen Schichten eine veränderte Orientierung in der Bauebene aufweisen. 17. The method according to claim 16, wherein during the consolidation of cross-sections of the object present in different layers, the longitudinal sides of the plurality of partial areas in the different layers have a changed orientation in the building plane.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei in jedem der Teilbereiche (53), für die die zeitliche Reihenfolge der Abtastung festgelegt wird, der Bewegungsvektor an einer Verfestigungsstelle einen Winkel gegenüber einer geraden Verbindungslinie von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des verwendeten Strahlbündels hin aufweist, der größer als ein vorbestimmter Minimalwinkel g2 ist. 18. The method according to any one of claims 12 to 17, wherein in each of the sub-areas (53) for which the temporal sequence of the scanning is determined, the motion vector at a solidification point at an angle with respect to a straight connecting line from this solidification point to the projection center of the beam bundle used which is greater than a predetermined minimum angle g2.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei dem bei der Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit der additiven Herstellvorrichtung während der Abtastung ein Gasstrom über die jeweilige Verfestigungsstelle geleitet wird, wobei für die Abtastung der Verfestigungsstellen in dem in dem zumindest einen Abschnitt eines Objektquerschnitts ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) gewählt wird, für das eine Richtungskomponente des Gasstroms von den Verfestigungsstellen zum dem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) zugeordneten Projektionszentrum (23') zeigt. 19. The method according to any one of claims 12 to 18, wherein in the production of a three-dimensional object with the additive manufacturing device during the scanning, a gas flow is passed over the respective solidification point, wherein for the scanning of the solidification points in the at least one section of an object cross-section a beam deflection center (23) is selected for which a directional component of the gas flow points from the solidification points to the projection center (23 ') assigned to the beam deflection center (23).
20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren für einen Abschnitt durchgeführt wird, der zumindest eine Verfestigungsstelle aufweist, bei deren Abtastung ein Strahlbündelablenkwinkel einen Ablenkminimalwinkel cd überschreitet, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand der Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum (23') und der Länge der Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) definiert ist, wobei die Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) ein auf der Bauebene (7) gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum (23') mit dem Strahlbündel- Ablenkzentrum (23) verbindet. 20. The method according to any one of the preceding claims, wherein the method is carried out for a section which has at least one solidification point, during the scanning of which a beam deflection angle exceeds a deflection minimum angle cd, a beam deflection angle as an arctangent of the quotient of the distance of the solidification point from the projection center (23 ') and the length of the projection line (23k) of the beam deflection center (23) is defined, the projection line (23k) of the beam deflection center (23) being a plumb line precipitated on the building plane (7) which defines the projection center (23') ) connects to the beam deflection center (23).
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem für die Abtastung des Aufbaumaterials entlang einer Trajektorie jeweils ein Strahlbündel (22) verwendet wird, dessen Strahlbündelablenkwinkel a einen vorgegebenen Ablenkmaximalwinkel a2 nicht übersteigt, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand einer Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum (23') und der Länge der Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) definiert ist, wobei die Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) ein auf der Bauebene (7) gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum (23') mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) verbindet. 21. The method according to any one of claims 1 to 19, in which a beam (22) is used for scanning the building material along a trajectory, the beam deflection angle a of which does not exceed a predetermined maximum deflection angle a2, a beam deflection angle being the arctangent of the quotient from the distance a solidification point is defined by the projection center (23 ') and the length of the projection line (23k) of the beam deflection center (23), the projection line (23k) of the beam deflection center (23) being a perpendicular precipitated on the building plane (7), which connects the projection center (23 ') with the beam deflection center (23).
22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem für einen größeren Wert eines Strahlbündelablenkwinkels a andere22. The method according to any one of the preceding claims, wherein for a larger value of a beam deflection angle α other
Energieeintragsparameterwerte spezifiziert werden als für einen kleineren Wert des Strahlbündelablenkwinkels a, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel definiert ist als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand einer Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum (23') und der Länge der Projektionslinie (23k) des Strahlbündel- Ablenkzentrums (23), wobei die Projektionslinie (23k) des Strahlbündel- Ablenkzentrums (23) ein auf der Bauebene (7) gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum (23') mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) verbindet. Energy input parameter values are specified as for a smaller value of the beam deflection angle α, where a beam deflection angle is defined as Arctangent of the quotient of the distance of a solidification point from the projection center (23 ') and the length of the projection line (23k) of the beam deflection center (23), the projection line (23k) of the beam deflection center (23) being on the construction level (7) is precipitated solder that connects the projection center (23 ') with the beam deflection center (23).
23. Verfahren nach Anspruch 21 , bei dem die Anzahl der Wechsel von einem Strahlbündel zu einem anderen Strahlbündel während der Abtastung der Trajektorien in dem Abschnitt auf einen Maximalwert M begrenzt wird. 23. The method according to claim 21, wherein the number of changes from one beam to another beam is limited to a maximum value M during the scanning of the trajectories in the section.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der Maximalwert M abhängig von Vorgaben für eine Qualität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts festgelegt wird. 24. The method according to claim 23, in which the maximum value M is determined as a function of specifications for a quality of the section and / or a production time of the object.
25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren für einen Abschnitt durchgeführt wird, der zumindest teilweise Bestandteil eines Bodenflächenbereichs eines Objektquerschnitts ist, wobei ein Bodenflächenbereich dadurch definiert ist, dass in mindestens einer von p Schichten unterhalb des Bodenflächenbereichs keine Verfestigung von Aufbaumaterial (15) spezifiziert ist, wobei p eine vorgegebene natürliche Zahl ist, und/oder zumindest teilweise Bestandteil eines ein Deckflächenbereichs eines Objektquerschnitts ist, wobei ein Deckflächenbereich dadurch definiert ist, dass in mindestens einer von q Schichten oberhalb des Deckflächenbereichs keine Verfestigung von Aufbaumaterial spezifiziert ist, wobei q eine vorgegebene natürliche Zahl ist. 25. The method according to any one of the preceding claims, wherein the method is carried out for a section which is at least partially part of a bottom surface area of an object cross-section, wherein a bottom surface area is defined in that in at least one of p layers below the bottom surface area no solidification of building material ( 15) is specified, where p is a predetermined natural number, and / or is at least partially a component of a top surface area of an object cross-section, a top surface area being defined by the fact that no solidification of building material is specified in at least one of q layers above the top surface area, where q is a given natural number.
26. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren für einen Abschnitt durchgeführt wird, der zumindest teilweise Bestandteil eines Konturbereichs eines Objektquerschnitts ist. 26. The method according to any one of the preceding claims, wherein the method is carried out for a section which is at least partially part of a contour region of an object cross-section.
27. Additives Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels einer additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels einer Energieeintragsvorrichtung (20) durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei die Energieeintragsvorrichtung (20) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 23 gesteuert wird 27. Additive manufacturing process for manufacturing a three-dimensional object, the object being manufactured by means of an additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building level (7) by means of an energy input device (20) by supplying radiation energy to solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, by creating these solidification points with a number of beam bundles (22) provided by the energy input device (20) along a plurality of trajectories in the building plane (7) are scanned, wherein the energy input device (20) is controlled by means of a method according to one of claims 1 to 23
28. Additives Herstellverfahren nach Anspruch 27, bei dem bei der Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit der additiven Herstellvorrichtung während der Abtastung ein Gasstrom über die jeweilige Verfestigungsstelle geleitet wird, wobei das Herstellverfahren so durchgeführt wird, dass in dem zumindest einen Abschnitt eines Objektquerschnitts eine Richtungskomponente des Gasstroms von den Verfestigungsstellen zum Projektionszentrum (23') zeigt und/oder entgegengesetzt der Richtung der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln ist. 28. Additive manufacturing method according to claim 27, in which during the production of a three-dimensional object with the additive manufacturing device, a gas flow is passed over the respective solidification point during scanning, the manufacturing method being carried out in such a way that a directional component of the Gas flow from the solidification points to the projection center (23 ') shows and / or is opposite to the direction of the motion vectors of the number of beam bundles.
29. Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (22) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene (7) gerichtet wird, mit einer Zuordnungseinrichtung, die jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zuordnet, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, und einer Abtast-Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie eine Verfestigung zumindest eines Abschnitts eines Objektquerschnitts Teilbereich für Teilbereich spezifiziert, wobei in jedem Teilbereich (53) die Trajektorien (54) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und in zumindest einem der Teilbereiche, dessen Verfestigungsstellen mit einem diesem Teilbereich zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien (54) so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels (22) liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden. 29. Device for controlling an energy input device (22) of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building level (7) by means of the energy input device by supplying radiation energy to solidification points in each layer, which are assigned to the cross-section of the object in this layer, by creating these solidification points with a number of beam bundles (22) provided by the energy input device (20) along a plurality of trajectories (54) in the building plane (7) are scanned, each of the number of beam bundles being assigned a beam deflection center (23) above the building plane (7), from which the beam is directed onto the building plane (7), with an assignment device that assigns a projection center to each beam deflection center, which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center onto the building plane, and a scanning control unit which is designed to solidify at least a portion of an object cross-section for a partial area Partial area specified, wherein in each partial area (53) the trajectories (54) run essentially parallel to each other and in at least one of the partial areas, the solidification points of which are scanned with a beam assigned to this partial area, the sequence of the scanning of the trajectories (54) is determined that trajectories which are closer to the projection center (23 ') of the beam bundle (22) are scanned before trajectories which are further away from the projection center (23').
30. Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend dieses Strahlbündel auf die Bauebene (7) gerichtet wird, mit einer Zuordnungseinrichtung, die jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zuordnet, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, und einer Abtast-Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie zumindest in einem Abschnitt eines Objektquerschnitts, die Trajektorien (54) und die Richtungen der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln (22) beim Abtasten der Trajektorien so festlegt, dass an jeder der Verfestigungsstellen in diesem Abschnitt der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des verwendeten Strahlbündels hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel g1 ist. 30. Device for controlling an energy input device (20) of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building level (7) by means of the energy input device by supplying radiation energy to solidification points in each layer, which are assigned to the cross-section of the object in this layer, by creating these solidification points with a number of beam bundles (22) provided by the energy input device (20) along a plurality of trajectories (54) in the building plane (7) are scanned, each of the number of beams is assigned a beam deflection center (23) above the building plane (7), from which this beam is directed onto the building plane (7), with an allocation device that each Beam deflection center assigns a projection center, which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center on the building plane, and a scanning control unit which is designed so that, at least in a section of an object cross section, the trajectories (54) and the directions the motion vectors of the number of beams (22) when scanning the Defines trajectories so that at each of the solidification points in this section the motion vector has an angle with respect to a connection vector from this solidification point to the projection center of the beam bundle used, which is smaller than a predetermined maximum angle g1.
31. Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene (7) gerichtet wird, mit einer Zuordnungseinrichtung, die jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zuordnet, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, und einer Abtast-Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie eine Verfestigung zumindest eines Abschnitts eines Objektquerschnitts Teilbereich für Teilbereich spezifiziert, wobei die zeitliche Reihenfolge der Abtastung von Teilbereichen (53), deren Verfestigungsstellen mit einem diesen Teilbereichen zugeordneten Strahlbündel (22) abgetastet werden, so festgelegt wird, dass Teilbereiche, die näher am Projektionszentrum (23') dieses Strahlbündels liegen, vor Teilbereichen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden. 31. Device for controlling an energy input device (20) of an additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object by means of the same, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building level (7) by means of the energy input device by supplying radiation energy to solidification points in each layer, which are assigned to the cross-section of the object in this layer, by creating these solidification points with a number of beam bundles (22) provided by the energy input device (20) along a plurality of trajectories (54) in the building plane (7), each of the number of beam bundles being assigned a beam deflection center (23) above the building plane (7), from which the beam bundle is directed onto the building plane (7), with an assignment device that assigns each Str a beam deflection center assigns a projection center, which corresponds to a perpendicular projection of the position of the beam deflection center on the building plane, and a scanning control unit which is designed so that it specifies a consolidation of at least a section of an object cross-section section by section, with the temporal Sequence of scanning of sub-areas (53), the solidification points of which are scanned with a beam (22) assigned to these sub-areas, is determined in such a way that sub-areas which are closer to the projection center (23 ') of this beam are before sub-areas which are further away from the projection center (23 ') are to be scanned.
32. Additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei die additive Herstellvorrichtung aufweist: eine Schichtaufbringvorrichtung (16), die geeignet ist, eine Schicht eines Aufbaumaterials auf eine bereits vorhandene, bevorzugt bereits selektiv verfestigte, Aufbaumaterialschicht aufzubringen, und eine Energieeintragsvorrichtung (20), die geeignet ist, Strahlungsenergie zu32. Additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a build-up material layer on layer and solidifying the Building material in a building level (7) by means of an energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer, which are assigned to the cross-section of the object in this layer, in that these solidification points with a number of beam bundles (22) provided by the energy input device along a plurality of Trajectories (54) in the building plane (7) are scanned, the additive manufacturing device having: a layer application device (16) which is suitable for applying a layer of a building material to an already existing, preferably already selectively solidified, building material layer, and an energy input device ( 20), which is capable of generating radiant energy
Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zuzuführen, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene abgetastet werden, wobei die additive Herstellvorrichtung eine Vorrichtung nach einem derSolidification points in each layer, which are assigned to the cross-section of the object in this layer, are supplied by these solidification points being scanned with a number of beam bundles provided by the energy input device along a plurality of trajectories (54) in the building plane, the additive manufacturing device being a device after one of the
Ansprüche 29 bis 31 aufweist und/oder mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 31 signaltechnisch verbunden ist. Claims 29 to 31 and / or is signal-connected to a device according to one of Claims 29 to 31.
33. Objekt, das mittels eines Verfahrens nach Anspruch 27 oder 28 herstellbar ist. 33. Object that can be produced by means of a method according to claim 27 or 28.
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