EP4185427A1 - Method for moving a continuous energy beam, and manufacturing device - Google Patents

Method for moving a continuous energy beam, and manufacturing device

Info

Publication number
EP4185427A1
EP4185427A1 EP21754722.3A EP21754722A EP4185427A1 EP 4185427 A1 EP4185427 A1 EP 4185427A1 EP 21754722 A EP21754722 A EP 21754722A EP 4185427 A1 EP4185427 A1 EP 4185427A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
deflection
energy beam
positions
irradiation
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21754722.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Meiners
Philipp Wagenblast
Jonas Grünewald
Valentin BLICKLE
Matthias Allenberg-Rabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102020131032.3A external-priority patent/DE102020131032A1/en
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Publication of EP4185427A1 publication Critical patent/EP4185427A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/36Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40Radiation means
    • B22F12/41Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40Radiation means
    • B22F12/44Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40Radiation means
    • B22F12/49Scanners
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342Build-up welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264Arrangements for irradiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264Arrangements for irradiation
    • B29C64/268Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264Arrangements for irradiation
    • B29C64/268Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B29C64/273Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB] pulsed; frequency modulated
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/36Process control of energy beam parameters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to methods of translating a continuous beam of energy along a radiation path defined by a succession of beam positions. Furthermore, the invention relates to a device for the additive manufacturing of components from a powder material.
  • the laser-based additive (also generative) manufacturing of, in particular metallic or ceramic, components is based on solidifying a starting material in powder form by irradiating it with laser light.
  • an energy beam such as a laser beam is typically displaced to predetermined irradiation positions of a work area—in particular along a predetermined irradiation path—in order to locally solidify powder material arranged in the work area.
  • this is repeated layer by layer in layers of powder material arranged one after the other in the working area in order finally to obtain a three-dimensional component made of solidified powder material.
  • Additive manufacturing processes are also known as powder bed-based processes for producing components in a powder bed, selective laser melting, selective laser sintering, laser metal fusion (laser metal fusion - LMF), direct metal laser melting (direct metal laser melting). - DMLM), Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), and Laser Engineered Net Shaping (LENS). Accordingly, the manufacturing equipment disclosed herein is set up in particular to carry out at least one of the aforementioned additive manufacturing processes.
  • the concepts disclosed herein can be used in machines for (metallic) 3D printing, among other things.
  • An exemplary machine for manufacturing three-dimensional products is disclosed in EP 2 732 890 A1.
  • the advantages of additive (generative) manufacturing are generally the simple manufacture of complex and individually producible components.
  • defined structures in the interior and/or structures optimized for the flow of force can be implemented.
  • parameters such as intensity/energy, beam diameter, scanning speed, dwell time at a location as well as parameters such as grain size distribution and chemical composition are included on the part of the powder material type.
  • thermal parameters are included that arise from the environment of the interaction zone, among other things.
  • One aspect of this disclosure is based on the task of enabling irradiation concepts and in particular irradiation paths that go beyond the limitations of a conventional scanner device.
  • overheating of the melted powder should be avoided, regardless of the course of the irradiation path, and this should also be ensured as far as possible when high energies are introduced.
  • Another object is to specify a method for the flexibly adjustable displacement of a continuous energy beam along a radiation path and a device for the additive manufacturing of components from a powder material for the implementation of such methods.
  • One aspect relates to a method for displacing a continuous energy beam along an irradiation path formed by a sequence of beam positions, which is intended to solidify a powder material in a powder layer in a work area of a production facility.
  • the procedure includes the steps:
  • optical deflection and the mechanical deflection are changed simultaneously or sequentially to scan the sequence of beam positions with the energy beam.
  • a manufacturing device for additively manufacturing a component from a powder material that is provided in a work area has: a beam generating device that is set up to generate a continuous energy beam for irradiating the powder material, a scanner device that is used for a mechanical deflection is set up to position the energy beam at a plurality of irradiation positions, the irradiation positions essentially spanning the work area, a deflection facility set up for optical deflection, the energy beam around each of the irradiation positions within a beam area to at least one beam position to deflect the sequence of beam positions, and a control device which is operatively connected to the scanner device and the deflection device and is set up to control the deflection device and the scanner device in such a way that d
  • the optical deflection and the mechanical deflection are changed simultaneously or sequentially in order to use the continuous energy beam to scan a radiation path formed by a sequence of beam positions, which is intended to solidify the powder material in a powder layer in
  • the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the optical deflection is changed and the mechanical deflection changed at the same time in such a way that the sequence of beam positions is carried out at a specified speed or in a target speed range around the specified speed speed is sampled.
  • a scanning speed of the mechanical deflection which can optionally be limited by a mass inertia parameter of a moving component of the scanner device (e.g. a deflection mirror of a galvo scanner), can be taken into account when changing the optical deflection and when changing the mechanical deflection.
  • the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that a change in the optical deflection of the energy beam at least partially compensates for a change in the mechanical deflection of the energy beam in a direction transverse to the irradiation path, so that the irradiation path is dependent on a sequence of irradiation positions set with the scanner device.
  • the optical deflection of the energy beam can have a component in the direction of the radiation path, so that in particular a speed at which the sequence of beam positions in a segment of the radiation path is scanned is constant or remains in a target speed range around a specified speed.
  • the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that a change in the optical deflection of the energy beam and a change in the mechanical deflection of the energy beam in at least a first direction at least partially compensate each other. Additionally or alternatively, a change in the optical deflection of the energy beam and a change in the mechanical deflection of the energy beam can add up in at least a second direction.
  • the irradiation path can include a curved segment.
  • the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the energy beam is continuously displaced along the curvature segment.
  • the mechanical deflection can be changed continuously, optionally with a varying scanning speed.
  • the mechanical deflection can bring about a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which are arranged on a curved scan path, with a curvature of the scan path being less than a curvature of the curved segment.
  • the displacement of the energy beam along the irradiation path can be divided between the deflection of the scanner device and the deflection of the deflection device using a frequency splitter.
  • a frequency splitter Such frequency soft for the distribution of displacements on deflections of a sluggish and a dynamic axis are known, for example, from WO 93/01021 A1, in which a movement distribution by means of high- and low-pass filters is disclosed, and DE 103 55 614 A1, in which a control device for motion splitting with a low pass filter.
  • the radiation path can include two, in particular linear, radiation path segments that together form a radiation path corner.
  • the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the energy beam is continuously displaced along each of the irradiation path segments.
  • the energy beam can be displaced along at least one of the two radiation path segments in the direction of the radiation path corner.
  • the mechanical deflection can be changed continuously, optionally with a varying scanning speed.
  • the mechanical deflection can bring about a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which is arranged on a curved scanning path.
  • the radiation path can include two, in particular linear, radiation path segments that together form a radiation path corner, each of which includes a subsequence of beam positions.
  • the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the energy beam is shifted alternately to at least one beam position of the subsequence of a first of the radiation path segments and at least one beam position of the subsequence of a second of the radiation path segments.
  • the mechanical deflection can be changed continuously, optionally with a varying scan speed, and/or the mechanical deflection can cause a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which are arranged on a curved scan path is.
  • the displacement with the optical deflection between the sub-sequences can take place abruptly.
  • the scanner device can run through a sequence of irradiation positions with a constant, optionally with a varying, scanning speed.
  • the irradiation path can comprise a sub-sequence of beam positions, the positions of which lie within an associated beam region of the deflection direction when the mechanical deflection is fixed at an irradiation position in the working area. Accordingly, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the sub-sequence is scanned only by changing the optical deflection while the mechanical deflection is fixed.
  • the sub-sequence of beam positions can form a series of parallel, in particular linear, scan vectors and a length of each of the scan vectors can be less than or equal to a dimension of the beam area of the deflection device in the direction of the respective scan vector.
  • the irradiation path can include a plurality of sub-sequences of beam positions whose positions lie within a beam range of the deflection device when mechanical deflection is fixed in the working area at an irradiation position belonging to a sub-sequence. Accordingly, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that each of the plurality of sub-sequences is scanned only by changing the optical deflection while the mechanical deflection is fixed, and
  • the mechanical deflection is changed from one irradiation position to another irradiation position.
  • the irradiation path can also include a sub-sequence of beam positions that are assumed by changing the mechanical deflection with a fixed or varying optical deflection.
  • the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the speed at which a sequence of spatially adjacent beam positions is scanned is independent of whether one of the beam positions in the sequence of spatially adjacent beam positions is changed by the change the optical deflection and/or changing the mechanical deflection.
  • the deflection device can comprise an optical, in particular transparent, material such as a crystal in a passage region provided for the energy beam, which material has optical properties that can be set to bring about the optical deflection.
  • the method can also include:
  • changing the acoustic wavelength can change the diffraction angle of the first diffraction order in such a way that the diffracted energy beam is guided to a second of the beam positions.
  • the acoustic wavelength can be changed in steps by a wavelength change, so that the energy beam successively introduces energy into beam positions of the irradiation path, with energy being introduced into two beam positions simultaneously in a transitional period in which two acoustic wavelengths are present in the penetration area.
  • the change in wavelength can cause a change in the diffraction angle such that spatially adjacent beam positions of the radiation path or spatially spaced, in particular thermally decoupled, beam positions are scanned sequentially in time by the energy beam.
  • the deflection device can be controlled in such a way that at least one beam position is skipped when scanning the sequence of beam positions with the skipped beam position being sampled at a subsequent time.
  • the method can also include:
  • the deflection device can be set up to suddenly shift the energy beam to a plurality of discrete beam positions.
  • the control device can have a frequency divider for dividing the displacement of the energy beam along a radiation path into a deflection of the scanner device and a deflection of the deflection device.
  • a frequency divider for dividing the displacement of the energy beam along a radiation path into a deflection of the scanner device and a deflection of the deflection device.
  • control device can be set up to control the scanner device and the deflection device according to the methods disclosed herein.
  • the scanner device can have at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head that can be displaced relative to the work area.
  • the deflection device can see at least one electro-optical deflector and/or acousto-optical deflector, preferably two electro-optical or acousto-optical deflectors which are not parallel, in particular perpendicular to one another.
  • the deflection device can have at least one acousto-optical deflector with an optical material, such as a crystal, and an exciter for generating acoustic waves in the optical material.
  • the beam generating device can be designed as a continuous wave laser.
  • an optical deflection means a deflection optically induced with a deflection device.
  • An example of an optical deflection is a variation in an optical parameter of an optical medium in the beam path, which causes a change in the beam path.
  • Optical deflection is distinct from mechanical deflection, which is understood to be deflection mechanically induced with a scanner device.
  • An example of a mechanical deflection is a mechanically-controlled reflective deflection of a laser beam.
  • FIG. 1 shows a schematic three-dimensional representation of a manufacturing device for additive manufacturing
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary beam path of the manufacturing device
  • FIG. 3A - 3C sketches to explain an acousto-opti see deflection in additive manufacturing
  • Fig. 4 a sketch to explain an electro-optical deflection in additive manufacturing
  • FIGS. 5A-5C sketches of linear scanning processes based on optical deflections
  • FIG. 6 a sketch to clarify the simultaneous exposure of scan vectors in irradiation zones
  • Figures 7A - 8 sketches to clarify radiation paths based on mechanical deflection and optical deflection
  • FIGS. 9A and 9B sketches of irradiation paths that use a broadening of a “mechanical” scan vector with a lateral optical deflection
  • FIGS. 10A-10D sketches for the additive manufacturing of filigree structures.
  • aspects described herein are based in part on the recognition that positioning of the energy beam on a powder bed of an additive manufacturing facility can be divided into a) mechanical deflection by means of one or more inertial axes exhibiting low acceleration with a typically large range of motion, and b) an optical deflection using one or more dynamic axes that have a higher acceleration with a usually smaller range of motion.
  • Deflection about inertial axes is commonly accomplished in additive manufacturing by positioning mirrors in a scanner assembly and is referred to herein as mechanical deflection.
  • Scanner devices are operated, for example, with in-process scanning speeds of a few hundred millimeters per second, with maximum scanning speeds of the order of m/s (e.g. up to 30 m/s).
  • Galvo scanners have scanning speeds of e.g. 1 m/s up to 30 m/s.
  • a deflection about dynamic fast axes can take place by influencing the optical properties of optical elements/materials in the beam path of the energy beam in the production facility. This is referred to herein as optical deflection. It can be brought about, for example, by acousto-optical or electro-optical effects in an optical crystal.
  • the optical crystal interacts with the energy beam and influences the beam path very quickly so that switching times between beam positions are of the order of 1 ps and corresponding switching speeds of up to a few E000 m/s (e.g. 10,000 m/s and more) depending on the jump distance.
  • a deflection angle of the energy beam for example, with an acousto-opti see deflector (AOD) or an electro-optical De deflector (EOD) - as examples of an optical solid state deflector (“optical solid state deflector”) - can by varying the acoustic Excitation frequency or an applied voltage can be set in a deflection range around a central value.
  • Ma ximum scanner accelerations at AODs and EODs can be at 160,000 rad / s 2. je Depending on the dimensioning of the additive manufacturing facility, this results in scanner accelerations of, for example, 80,000 m/s 2 (depending on the respective working distance from the AOD/EOD).
  • the inventors have recognized that the dynamic (fast) axis can also be used to step the position of the energy beam. This makes it possible, for example, to always scan segments of the irradiation path in the direction of the taper when manufacturing tapering structures. See, inter alia, the exemplary explanations of an angular radiation path in connection with FIG. 7B.
  • the inventors have recognized that the possibility of an instantaneous, erratic optical deflection can generally make it possible to use an energy input with the energy beam (e.g. a power value of a laser beam) that is above a limit value, as is usually the case for a powder material type (determined by Among other things, a grain size distribution and a chemical composition of the powder material) given a continuous scanning with a beam diameter at a given scanning speed and the component geometry to be generated.
  • the energy beam e.g. a power value of a laser beam
  • a powder material type determined by Among other things, a grain size distribution and a chemical composition of the powder material
  • the dynamic (fast) axis provided by the optical deflection can be used for “spatially local” exposure in a kind of pulse mode.
  • delicate components and sections with poor heat dissipation e.g. in the area of overhangs or pointed structures
  • the “spatially locally pulsed” energy beam which means that better component quality can be achieved.
  • a “spatially locally pulsed” irradiation with a continuous energy beam e.g. a cw laser beam
  • a continuous energy beam e.g. a cw laser beam
  • two or more sections to be pulsed can be processed that are within the (small) movement range of the optical deflection (e.g. with an acousto-optical deflector up to a few millimeters or even centimeters depending on the position of the same in the beam path).
  • a point can be exposed in a first section; then a jump can be made to a second (another) section and a point can be exposed there; subsequently, after a jump back into the (original) first section, another point, adjacent to or at a distance from the first point, can be exposed.
  • the beam positions of an irradiation path that are not spatially adjacent to one another are occupied consecutively in time.
  • the optical deflection can take place laterally with respect to a main scanning direction of the energy beam on the powder bed, the main scanning direction being given by the mechanical deflection.
  • the lateral deflection can also take into account thermal aspects of overheating, as explained in connection with FIGS. 9A and 9B.
  • filigree structures in particular closed structure sections, can be generated at a fixed irradiation position simply by controlling the deflection device and generating a local beam profile - formed by means of an almost simultaneous illumination of several beam positions in the beam area of the optical deflection - without the scanner device is controlled, in particular in which a beam profile is generated in the form of the structural section to be formed by suitable control of the deflection device.
  • the scanning of filigree structures with an energy beam is explained in connection with FIGS. 10A to 10D.
  • an optical deflector can be installed in the beam path of the energy beam for the implementation of the concepts discussed above and explained below by way of example in connection with the figures.
  • a beam deflection with the optical deflector can be integrated into the machine control of the manufacturing facility as a further parameter for additive manufacturing.
  • a mechanical deflection e.g. galvo scanner
  • an optical deflection e.g. acousto-optical deflector
  • a flexible control of the spatial and temporal energy input can be realized without loss of time between several interaction zones.
  • switching beam positions with an optical deflector enables a higher energy of the energy beam/power of the cw laser beam to be introduced into the powder material.
  • the manufacturing device 1 shows a manufacturing device 1 for the additive manufacturing of components from a powder material 2.
  • the manufacturing device 1 comprises a beam generating device 3, which is set up to generate an energy beam 5, a scanner device 7, which is set up to scan the energy beam 5 within a working area 9, usually given by the dimensions of a powder bed of the production device, to a plurality of irradiation positions 11 (mechanical deflection) in order to produce a component 4 from the powder material 2 arranged in the working area 9 by means of the energy beam 5, a deflection device 13, which is set up to move the energy beam 5 starting from one irradiation position 11 of the plurality of irradiation positions 11 within a beam region 15 - in particular abruptly - to a plurality of beam positions 17 in the beam region 15 (optical deflection), and a control device 19, which is operatively connected to the deflection device 13, and optionally to the beam generating device 3 and the scanner device 7, and set up to control the deflection device 13 in order to determine the beam positions
  • the production facility 1 is preferably set up for selective laser sintering and/or for selective laser melting as part of the additive manufacturing of components.
  • the already partially manufactured component 4 is indicated, already solidified layers of powder material 2 are covered in the powder bed.
  • the production facility 1 usually provides a work surface in a closed housing (not shown), which includes the work area 9 and optionally a powder storage area.
  • the powder material 2 is applied sequentially/layered in the work area 9 .
  • the energy beam 5 is applied locally to the powder material 2 in the work area 9 in order to produce the component 4 layer by layer.
  • a layer of the component 4 is formed by displacing the (continuous) energy beam 5 along an irradiation path 101 formed by a sequence of beam positions 17 .
  • the irradiation path 101 is designed in such a way that the powder material 2 of a powder layer is solidified in accordance with the geometry of the component 4 in the work area 9 of the production facility 1 .
  • the position of a beam position 17 at which the energy beam 5 hits the work area 9 results from the settings made for the mechanical deflection and the optical deflection.
  • An irradiation position 11 can be assigned to the mechanical deflection, from which the optical deflection can be observed.
  • the irradiation positions 11 usually span the working area 9 (essentially). Starting from a predetermined irradiation position 11, the resulting possible beam positions 17 span the beam area 15. That is, the energy beam 5 can be shifted around each of the irradiation positions 11 within a corresponding beam area 15, with irradiation positions 11 being able to be set as starting points for corresponding beam areas 15 in the entire work area 9, as is customary.
  • the beam area 15 has a surface area that is larger than a cross section of the energy beam 5 projected onto the work area 9.
  • the beam area 15 is very much smaller than the work area.
  • the beam area 15 preferably has a length scale in the range from a few (that is, less than ten) millimeters to a few centimeters, and preferably an areal extent in the range from a few square millimeters to a few square centimeters.
  • the working area 9, can have a length scale in the range from a few decimeters to a few meters, and preferably an areal extent in the range from a few square decimeters to a few square meters.
  • an irradiation position 11 is understood to mean, in particular, a location within the working area 9 at which energy can be deposited locally by means of the energy beam 5 in the working area 9, in particular in the powder material 2 arranged there.
  • the energy input determines the respective interaction zone and thus a melting area of the powder material 2.
  • the scanner device 7 is set up to move the energy beam 5 within the working area 9 - assuming there is no superimposition of an optical deflection - along a "mechanical" scan path 103 , wherein the mechanical scanning path 103 consists of a temporal sequence of irradiation positions 11 swept over one after the other with the energy beam 5 .
  • the individual irradiation positions 11 can be arranged at a distance from one another, but they can also overlap and merge with one another.
  • the result is the irradiation path 101, which is formed by the sequence of the beam positions 17 set with the scanner device 7 and the optical deflection device 13.
  • the resulting irradiation path 101 may be a path that is continuously scanned with the energy beam 5 .
  • the resulting irradiation path 101 can have path segments that each include at least one beam position 17 .
  • the scanning of the path segments with the energy beam 5 can include jumps between spatially spaced path segments, the jumps being controlled with the optical deflection device 13 .
  • An energy beam is generally understood to be directed radiation that can transport energy. This can generally involve particle radiation or wave radiation.
  • the energy beam propagates along a propagation direction through the physical space and transports energy along its propagation direction. In particular, it is by means of the Energy beam possible to pony energy locally in the work area 9 in the powder material 2 to de.
  • the energy beam 5 is here generally an optical working beam, which can thus be deflected by means of the optical deflection device 13 .
  • An optical working beam is to be understood in particular as directed electromagnetic radiation, continuous or pulsed, which is suitable in terms of its wavelength or a wavelength range for the additive (generative) manufacturing of the component 4 from the powder material 2, in particular for sintering or melting the powder material 2.
  • an optical working beam is understood as a laser beam, which is radiated onto the work area 9, preferably continuously.
  • the optical working beam preferably has a wavelength or a wavelength range in the visible electromagnetic spectrum or in the infrared electromagnetic spectrum or in the overlap region between the infrared range and the visible range of the electromagnetic spectrum.
  • a beam guidance system of the production device 1 for guiding the energy beam 5 to the powder bed thus for a mechanically-induced deflection of the energy beam 5 comprises the scanner device 7.
  • a rotation of mirrors by means of a galvo scanner, for example
  • the mechanical deflection can be used alone (scan path 103) or in combination with an optical deflection for scanning an irradiation path 101 for the exposure of a powder layer.
  • the scanner device 7 preferably has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner and/or a working head or processing head that can be displaced relative to the work area.
  • scanner devices are known and particularly suitable for shifting the energy beam 5 within the working area 9 between a plurality of irradiation positions 11 .
  • the beam guidance system of the production device 1 for guiding the energy beam 5 to the powder bed also includes the deflection device 13 for an optically induced deflection.
  • the deflection device 13 is set up to displace the energy beam 5 within the beam area 15 - assuming a fixed irradiation position 11 - and thus to be able to apply the energy beam to a specific area - the beam area 15 - within the working area 9 at the fixed irradiation position 11.
  • Beam area 15 is larger than the cross section of energy beam 5 projected onto work area 9.
  • the scanner device 7 Since the scanner device 7 is set up to move the energy beam between irradiation positions 11, it enables the deflection device 13 to sweep over a new beam area 15 by another irradiation position, ie at a different location in the work area 9, with the energy beam 5 .
  • the deflection device 13 is therefore used for local deflection of the energy beam 5 starting from an irradiation position 11, while the scanner device 7 is used for the global displacement of the energy beam 5 on the work area 9.
  • the deflection device 13 is set up in particular to shift the energy beam 5 abruptly to the plurality of beam positions 17 in the beam region 15, it being possible for the beam positions 17 to be discrete beam positions.
  • beam positions 17 processed in succession are arranged at a distance from one another.
  • beam positions 17 processed in succession to overlap and merge with one another, at least in certain areas.
  • the energy beam 5 is not shifted continuously from beam position to beam position by the deflection device 13, but rather in discrete steps.
  • Optical deflectors include acousto-optical (AOD) deflectors, which rely on the generation of a periodic change in refractive index as sound waves propagate in an optically transparent material of the AOD (usually an optically transparent crystal).
  • AOD acousto-optical
  • An optical deflection with an AOD 111 shown schematically and a change in the acoustic excitation is illustrated in FIGS. 3A to 3C.
  • FIGS. 3A to 3C With regard to the diffraction behavior present at the AOD, reference is also made to FIG. 3 in Rö mer et al. referred.
  • FIG. 3A shows schematically how an incident laser beam 113—preferably at an angle of incidence in the Brewster angle—is incident on the AOD 111, in particular on a passage region of the AOD 111.
  • a grid-like structure 115A (refractive index modulation, acousto-optical diffraction grating) forms in the AOD 111 due to an acoustic excitation on the upper side of the AOD 111 (eg with an exciter 112 for generating acoustic waves in the material). This is characterized by an excitation wavelength l ⁇ marked.
  • the incident laser beam 113 is diffracted at the lattice-like structure 115A, so that in addition to a (possibly low-intensity) undiffracted zero-order beam 117, a (possibly high-intensity) diffracted first-order laser beam 119A deflects the AOD 111 at a wavelength l ⁇ associated deflection angle al the AOD, in particular the Transit area of the AOD 111, leaves.
  • the laser beam 119A of the first order would be fed to the arrangement of FIG.
  • the energy input takes place at location xl, as a schematic intensity distribution I(x) 121 A shows.
  • the angle of the first diffraction order changes and thus the position of the laser beam 119A.
  • a controllable deflection of the diffracted beam can be made; i.e. a desired target position of the energy input can be set on the powder bed.
  • changing the acoustic wavelength results in replacing the first acoustic wave with a second acoustic wave in the AOD.
  • Sound velocities in solids are, for example, of the order of 1000 m/s or several 1000 m/s (depending on the hardness of the crystal, among other things). If a first acoustic wave (with a first wavelength) in e.g. a crystal of the AOD is to be completely replaced by a second acoustic wave (with a second wavelength), the first acoustic wave must first run out of the crystal so that it (if possible at the same time) can be replaced by the second acoustic wave.
  • the acoustic wave travels this distance in a few microseconds, e.g. about 3 ps. After this period of time, the interaction with the second acoustic wave takes place. In general, this time increases the larger and softer the crystal is and the smaller the smaller and harder the material of the AOD.
  • energy the laser beam
  • Switching between acoustic waves and thereby deflecting the energy beam to different locations can generally occur on the megahertz time scale.
  • Figures 3B and 3C illustrate a sudden change in position using the AOD 111.
  • a change in the exciting sound wave to a wavelength l2 (lattice-ar- term structure 115B, deflection angle a2 of the laser beam 119B of the first order, location x2 of the energy input on the powder bed).
  • the change in the exciting sound wave causes a corresponding change in position of the diffracted laser beam 119B by a discrete distance Dc (“x2-xl”).
  • a transition 123 between the refractive index modulations in the AOD can be seen in FIG. 3B, the transition 123 having already migrated from the upper side to the middle of the AOD 111 .
  • one half of the incident laser beam 113 hits the refractive index modulation with wavelength l ⁇ and the other half hits the refractive index modulation with wavelength l2.
  • a schematic intensity distribution I(x) 121B shows the same intensities/energy inputs for the diffracted laser beams 119A and 119B at the respective locations x1 and x2.
  • the maximum intensity of the laser beam 119B will hit the powder bed at location x2 (see intensity distribution I(x) 121C).
  • the advantage of beam displacement with an AOD can be seen from the intensity distribution I(x) 121A to 121C;
  • the beam displacement realizes the case already mentioned, that an area between the starting position (here the location xl) and the end position (here the location x2) is not exposed to the laser beam, since the periodic changes in the refractive index essentially without the formation of a diffractive transient behavior merge in time. Accordingly, the energy input is limited to the initial position and the end position; this corresponds to a sudden change in the optical deflection.
  • Optical deflectors also include electro-optical deflectors (EOD) whose deflection is based on refraction upon passage of an optically transparent material.
  • EOD electro-optical deflectors
  • 4 schematically shows an adjustable optical deflection with an EOD 131, the optically transparent material of the EOD 131 being adjustable in terms of the refractive index or in a refractive index gradient by applying a voltage.
  • the deflection of a laser beam 133 varies, which preferably falls back on the EOD 131 at the Brewster angle and exits from it at a correspondingly adjustable deflection angle.
  • a laser beam 133A deflected in this way could, in the arrangement of FIG Scanner device 7 are supplied.
  • a voltage source 135 enables precise adjustment of the voltage which is present between the top and bottom of the prism-shaped crystal forming the EOD 131 in FIG. 4, for example.
  • the refractive index or the refractive index gradient and thus the optical deflection can be set.
  • Fig. 2 in Römer et al. reference is also made to Fig. 2 in Römer et al. referred.
  • Both AODs and EODs can provide the deflection of a laser beam, referred to herein as optical deflection, which can be adjusted quickly, i.e., in near real-time relative to the powder fusion process in additive manufacturing.
  • the scanner device 7 and the optical deflection device 13 differ not only in the extent of the deflection that can be carried out, but also with regard to the time scale on which the energy beam 5 is deflected:
  • the energy beam 5 is deflected by the optical deflection device within the Beam area 15 preferably on a shorter, in particular much shorter, time scale than the deflection within the working area 9 by the scanner device 7, that is, much faster than changing from one irradiation position to the next irradiation position.
  • the time scale on which the energy beam can be deflected by the deflection device e.g. jumping over a maximum extent of the beam area, ie from e.g.
  • the control device 19 is set up to implement the movement of the impact point of the energy beam 5 on the powder bed according to a predetermined irradiation strategy.
  • the control device 19 is preferably selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board.
  • the control device 19 is an RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the version currently available on the date determining the seniority of the present property right.
  • the control device 19 is preferably set up to synchronize the scanner device 7 with the deflection device 13 by means of a digital RF synthesizer. In this case, the RF synthesizer can be controlled via a programmable FPGA board of the control device 19 .
  • the optical deflection can be spatially assigned to irradiation positions 11 in the respective powder material layer.
  • the latter can preferably already be carried out in a build processor when creating the irradiation strategy.
  • the build processor can write the corresponding data to a control file, for example, which can preferably be read in and converted by the control device 19 .
  • the scanner device 7/the mechanical deflection on the one hand and the deflection device 13/the optical deflection on the other hand allow a separation of the time and length scales relevant for the production of the component 4 being produced.
  • the scanner device 7 is set up to shift the energy beam on a larger time scale compared to the deflection device 13 along the plurality of irradiation positions 11, in particular along a predetermined scan path 103, quasi-globally over the entire working area 9, the deflection device 13 set up to shift the energy beam on a time scale that is shorter relative to the time scale of the scanner device 7 quasi locally at an irradiation position 11 specified by the scanner device 7 and quasi fixed due to the time scale separation to the plurality of beam positions 17 within the beam region 15.
  • a local scanning sequence of beam positions 17 in the respective beam area 15 can be carried out quasi-statically at each irradiation position 11 of the plurality of irradiation positions 11 and/or a specific beam profile can arise as a geometric shape and as an intensity profile of the beam area 15.
  • the scanner device 7 can position the beam profile generated in this way and generally the beam region 15, ie the optically controllable beam 17, along the plurality of irradiation positions 11, in particular along the Scan path 103 relocate.
  • the beam profile of the beam area in particular the shape of the beam area and/or the intensity profile in the beam area, can now advantageously be changed as desired, if necessary even from irradiation position to irradiation position. Furthermore, a scanning sequence when shifting the beam positions 17 can take thermal effects into account.
  • a plurality of adjacent irradiation positions 11, in particular in each case a contiguous section of the scan path 103, can be swept over with the same beam profile and/or the same scanning sequence.
  • different portions of the scan path 103 can be swept with different beam profiles and/or different scanning orders.
  • the generated beam profile and/or the scanning sequence can be regarded as quasi-static with regard to the melting process in the powder material 2, with the time scale for the deflection of the energy beam 5 by the optical deflection device 13 being significantly shorter than the characteristic interaction time of the energy beam 5 with the powder material 2.
  • the dynamically generated beam profile can then, averaged over time, interact with the powder material like a statically generated profile. The same applies to sampling the dynamically generated sampling order.
  • FIG. 2 illustrates an exemplary beam path as it can be implemented in the production device 1 of FIG. 1 .
  • the deflection device 13 is located in the direction of propagation of the energy beam 5 in front of the scanner device 7.
  • the deflection device 13 has in particular at least one acousto-optical deflector 21, here in particular two acousto-optical deflectors 21 oriented not parallel, in particular perpendicular to one another, namely one first acousto-opti see deflector 21.1 and a second acousto-opti see deflector 21.2, on.
  • the acousto-optical deflectors 21 oriented perpendicularly to one another allow the energy beam 5 to be deflected in two mutually perpendicular directions and thus in particular to scan the entire surface of the beam area 15.
  • the acousto-optical deflectors 21.1 and 21.2, which are not parallel to one another, are preferably in the direction of propagation of the energy beam 5 arranged one behind the other.
  • An acousto-opti see deflector is understood in particular as meaning an element which has a solid body which is transparent to the energy beam and which can be subjected to sound waves, in particular special ultrasonic waves, with the energy beam passing through is deflected by the transparent solid depending on the frequency of the sound waves with which the transparent solid is acted upon.
  • an optical lattice is generated in the transparent solid by the sound waves.
  • Such acousto-optical deflectors are advantageously able to deflect the energy beam very quickly by an angular range predetermined by the frequency of the sound waves generated in the transparent solid. In particular, switching speeds of up to 1 MHz can be achieved.
  • the switching times for such an acousto-optical deflector are significantly faster than typical switching times for conventional scanner devices, in particular galvanometer scanners, which are generally used to move an energy beam within a work area of a manufacturing facility of the type discussed here. Therefore, such an acousto-optical deflector can be used in a particularly appro priate manner for generating a quasi-static beam profile in the beam area.
  • Modern acousto-optical deflectors can deflect the energy beam with an efficiency of at least 90% (particularly at least 80%) into a predetermined angular range of the first diffraction order, so that they are excellently suited as a deflection device for the production facility proposed here.
  • the material used, which is transparent to the energy beam, and a suitably high intensity of the coupled ultrasonic waves are particularly decisive for the high efficiency.
  • the manufacturing device 1 also has a separation mirror 23 behind the deflection device 13 and in front of the scanner device 7 in the propagation direction of the energy beam 5, which is set up to separate the zeroth-order partial beam from the first-order partial beam of the energy beam 5 to separate.
  • the separation mirror 23 has in particular a through hole 25 which is provided in a surface 27 of the separation mirror 23 which reflects the energy beam 5 and which penetrates the separation mirror 23 completely.
  • the first-order partial beam to be forwarded in the desired manner to the scanner device 7 is guided through the through hole 25 and thus finally reaches the scanner device 7
  • undesired partial beams of the zeroth order, and possibly also undesired partial beams of a higher order impinge on the reflecting surface 27 and are deflected to a beam trap 29 .
  • the separation mirror 23 is arranged in particular in the vicinity of an intermediate focus 31 of a telescope 33, in particular not exactly in a plane of the intermediate focus 31, particularly preferably offset at a distance of one fifth of the focal length of the telescope 33 along the propagation direction, in particular in front of the intermediate focus 31. This advantageously avoids the reflective surface 27 being exposed to an excessively high power density of the energy beam 5 .
  • the telescope 33 preferably has a first lens 35 and a second lens 37 . It is preferably designed as a 1:1 telescope.
  • the telescope 33 preferably has a focal length of 500 mm.
  • the mode of operation of the telescope 33 is preferably twofold: on the one hand, the telescope 33 enables a particularly advantageous and clean separation of the different orders of the energy beam 5 deflected by the deflection device 13, particularly with the arrangement of the separation mirror 23 selected here; on the other hand, the telescope 33 preferably forms an imaginary common beam pivot point 39 of the deflection device 13 onto a pivot point 41 of the scanner device 7 . Alternatively, the telescope 33 preferably maps the beam pivot point 39 to a point of smallest aperture.
  • the energy beam 5 is preferably deflected several times by deflection mirrors 43.
  • the energy beam 5 can be displaced preferably within the working area 9 to a plurality of beam positions 17 in order to using the energy beam 5 to produce the component 4 in layers from the working area 9 arranged in the powder material 2.
  • the energy beam 5 is shifted to a plurality of beam positions 17 with respect to an irradiation position 11 within a beam region 15 .
  • a continuous energy beam is continuously displaced at least in sections along a radiation path.
  • a cw laser beam can be continuously moved along scan vectors of a radiation path defined as part of the radiation strategy, with the scan vectors in radiation zones (hatches) running parallel to one another.
  • the scan vectors of an irradiation zone can be traversed evenly in the same direction or alternately in opposite directions. This corresponds to continuous exposure of the scan vectors.
  • FIG. 5A shows a linear scanning process as an example of a continuous method, in which spaced beam positions A1, A2, .
  • adjacent beam positions of a sub-sequence can be spaced apart from each other by at least one diameter of the energy beam or at least 50% of the diameter of the energy beam in the work area.
  • the distance DC1 was selected in such a way that adjacent melting regions partially overlap, so that the powder material can be melted continuously.
  • the melting takes place along a line, for example along a scan vector in an irradiation zone.
  • the linear scanning process can be performed from a fixed irradiation position or with a changing mechanical deflection, in which case the optical deflection (the distance DC1) has to be adjusted according to the mechanically-induced movement of the irradiation position in the irradiation strategy.
  • a discontinuous shifting of the energy beam can be carried out, with positions being jumped to and illuminated along the irradiation path.
  • Such discontinuous exposure can, for example, take place within a scan vector of an irradiation treatment zone, when changing to non-adjacent scan vectors of a treatment zone, or when changing between treatment zones.
  • a cw laser beam can, for example, scan discrete beam positions along the irradiation path in a sequence specified in the irradiation strategy.
  • Discontinuous exposure differentiates between a geometry of the irradiation path and an adjustability of a point in time of the irradiation.
  • the geometry of the radiation path is thus assigned a sequence of times at which the respective beam positions of the radiation path are exposed.
  • the geometry of the irradiation path is essentially given by the layer-specific cross-section of the component 4, with technically required segments of the irradiation path being able to be introduced; these are, for example, the (in particular parallel, linear) scan vectors running next to one another in the irradiation zones, in which case neighboring irradiation zones can have different orientations of the scan vectors.
  • the adjustability of the timing of the irradiation determines the parameters of the interaction of the energy beam with the powder material at a beam position. For example, a duration of the irradiation is predetermined by setting periods of time between changing between beam positions. Furthermore, the choice of the distance between beam positions can influence thermal aspects, such as a dissipation of introduced heat into the powder material/powder melt.
  • FIG. 5B shows a first example for a discontinuous displacement of the energy beam in the context of a linear scanning process.
  • a scanning sequence in FIG. 5B includes a group 61 of, for example, seven beam positions B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, which are scanned abruptly according to a predetermined sequence.
  • the optical deflection brings about changes in the position of the energy beam 5, which consist of a number of possible discrete paths; two paths DC1 and DC2 are shown in FIG. 5B by way of example.
  • the discrete distances are selected in such a way that the discrete distance DC2 jumps over one beam position.
  • the scanning sequence can be performed from a fixed irradiation position (ie temporarily the mechanical deflection is held stationary or can be considered stationary).
  • Scanning sequences can also follow each other spatially (as indicated in FIG. 5B with a group 6G, eg starting from a correspondingly further moved irradiation position) and/or they can be repeated at the same location and/or spatially offset.
  • the optical deflection can be superimposed with a continuous mechanical deflection, the optical deflection gene (the distances DC1 and DC2) are to be adjusted according to the movement of the irradiation position in the irradiation strategy.
  • FIG. 5B Schematically, circles around the beam positions 317A, 317B, 317G are again indicated in FIG. 5B to clarify melting regions. Due to the scanning sequence 61, not only adjacent beam positions are successively exposed, so that new thermal interaction parameters arise that differ from those of the irradiation strategy illustrated in FIG. 5A. The result is again melting along a line, for example along a section of a scan vector in an irradiation zone. However, in some embodiments, the new thermal interaction parameters may allow the energy input with the energy beam to be increased while reducing the exposure time at a beam location. Accordingly, the manufacturing process can be carried out more efficiently in terms of time.
  • 5C shows another example of a discontinuous displacement of the energy beam.
  • an underlying scanning sequence is chosen such that adjacent groups 71A, 71B are irradiated from four beam positions CI, C3, C5, C7 or C2, C4, C6, C8 quasi-simultaneously.
  • the optical deflection causes position changes of the energy beam 5, in which two or three beam positions are skipped; Two possible discrete paths DC3 and DC4 are indicated in FIG. 5C by way of example.
  • the beam positions Bl can be extended to two or more adjacent beam positions as long as the energy input stays within the given limits.
  • the irradiation strategies of Figures 5B and 5C thus represent examples of sub-sequences that are scanned in such a way that a sudden change in the optical deflection causes the energy beam to skip a region between the spaced sub-sequences, so that successively spatially spaced, in particular thermally decoupled, sub-sequences by the energy beam (in the examples of FIGS. 5B and 5C there is an example of a distance from a beam position).
  • beam positions of a subsequence may be spaced at least 1.5 to 2 times or more the diameter of the energy beam apart in the working area. be in order.
  • further areas of the work area selected from the group of areas comprising an area of the work area not yet irradiated an area of the work area not to be irradiated and an area of the work area already irradiated can be skipped.
  • at least one beam position skipped in scanning the sequence of beam positions may be scanned at a subsequent time.
  • FIG. 6 shows how two or more scan vectors can be exposed simultaneously in one or more irradiation zones using optical deflection.
  • a row of irradiation zones HAI, HB1, HA2, HB2, HA3 can be seen, with scan vectors S1 to S6 running parallel to one another being exposed in each of the irradiation zones according to the irradiation strategy, with scanner device 7 deflecting the energy beam in the direction of scan vectors S1 to S6 of the respective irradiation zone makes.
  • a continuously irradiated scan vector of a treatment zone represents a sub-sequence of beam positions that includes multiple beam positions.
  • An irradiation zone can, for example, have an edge length in the range from a few millimeters to a few centimeters. These dimensions are in the range of the jump distance that can be achieved with an optical deflection direction (AOD/EOD) can be implemented, for example in the range of a few millimeters, eg ⁇ 10 mm, mostly at least ⁇ 5 mm).
  • AOD/EOD optical deflection direction
  • the scan vectors S1 to S6 are primarily traversed with the scanner device 7, the scan vectors have been shown as dashed lines. There are different orientations of the scan vectors S1 to S6 in neighboring irradiation zones, so that the scan vectors S1 to S6 each run parallel in the irradiation zones HAI, HA2, HA3, just like in the irradiation zones HB1, HB2.
  • a corresponding arrangement in two dimensions results in what is known as a chessboard array of irradiation zones, where the concepts can be used analogously in strip arrangements of irradiation zones.
  • the optical deflector causes a hopping between the scan vectors.
  • the energy beam jumps, for example, between the scan vectors S1-S4 or S2-S5 or S3-S6; In this case, there are always two scan widths (the size of the melting areas) between the locations of the energy input (distance DC3 to be jumped).
  • the optically-induced jumps can occur, for example, in the direction of the mechanical deflection (indicated simultaneous exposure of scan vectors S1 in the irradiation zones HB1 and HB2, distance DCC) or perpendicular to the mechanical deflection (indicated simultaneous exposure of scan vectors S2 in the Irradiation zones HA2 and HA3, stretch DCC).
  • productivity can be increased compared to drawing a melt track in the powder bed with a (circular/Gaussian) laser beam.
  • the energy input can in one aspect of the invention based on a temporal and local control.
  • This can be used in particular in additive manufacturing in an overhang area or in a filigree component structure. This can also make it possible to reduce or avoid local overheating even when exposed to continuous laser radiation, in that the energy is introduced at discrete, spaced-apart locations and/or for a limited time.
  • continuous laser radiation is terminated at this location after a period of irradiation of the powder material that depends on the type of powder material, using optical deflection, in order to give the melted material the opportunity to dissipate heat and to avoid local overheating with unwanted expansion of the melt pool.
  • overheating can be avoided by directing the laser beam to another second location (e.g. B2 in Fig. 5B or C2 in FIG. 5C) which is far enough away from the first location so that no relevant heat input occurs at the first location as a result of the exposure at the second location.
  • another second location e.g. B2 in Fig. 5B or C2 in FIG. 5C
  • local overheating can also be achieved with a temporally continuous irradiation (if possible duty cycle of 1) and thus without loss of time.
  • a corresponding abrupt displacement can be carried out using optical deflection, as explained here. Since the optical deflection distances that can be realized, e.g. using AOD, are small, a scanner device such as a galvo scanner is also required for positioning the laser beam over larger areas (in particular the working area 9).
  • Path segment 201B of the irradiation path 201 is formed and the linear path segments 201A, 201B meet perpendicularly.
  • a scanning movement of an optical component (e.g. a deflection mirror) of the scanner device is temporarily brought to a complete standstill before another or the same optical component is moved into a new direction, eg at a 90° angle, is accelerated.
  • an optical component e.g. a deflection mirror
  • this can lead to overheating of the powder melt in the area of the formed corner. Overheating can occur in particular when the heat cannot dissipate properly due to the non-melted (and correspondingly insulating) powder surrounding, for example, a layered pointed structure.
  • the inertial axis can now follow a rounded curve near the corner (see the exemplary scan path 203 in the form of a quadrant in Fig. 7A).
  • a change in the optical deflection of the energy beam can at least partially compensate for a change in the mechanical deflection of the energy beam in a direction transverse to the irradiation path 201, so that the irradiation path 201 deviates from a sequence of irradiation positions (scan path 203) set with the scanner device 7.
  • the optical deflection of the energy beam (5) can have a component in the direction of the radiation path 201, so that in particular a speed at which the sequence of beam positions 217 in a segment (path segments 201A, 201B) of the radiation path 201 is scanned is constant is or remains in a target speed range around a predetermined speed.
  • a change in the optical deflection of the energy beam and a change in the mechanical deflection of the energy beam can at least partially compensate for one another in at least a first direction.
  • a change in the optical deflection of the energy beam and a change in the mechanical deflection of the energy beam can add up in at least a second direction.
  • the dynamic axis performs a compensating movement such that the energy beam remains on the angular contour, in Figure 7A the linear path segments 201A, 201B. Braking and re-accelerating in the area of the corner E is limited by the acceleration of the dynamic axis, which is greater than that of the mechanical deflection, so that the risk of overheating can be at least significantly reduced.
  • the positional deviations to be compensated for are in the area of a beam area 215, which is shown schematically for an irradiation position 211 in FIG. 7A.
  • the positional deviation at the time when the scanner device assumes the irradiation position 211 corresponds to a distance DCE if the energy beam is to strike the corner E at this time. Due to the path length differences between the irradiation path 201 and the scanning path 203, in order to achieve a constant scanning speed, the mechanical deflection can be reduced in speed. Leading of the beam position was indicated by a line AXV as an example.
  • a scan speed along the irradiation path 201 can be chosen by matching the speeds of the mechanical deflection and the optical deflection. In this way, the energy input of the energy beam along the irradiation path 201 can also be influenced.
  • the aspects described herein can make it possible, in particular, to reduce or even avoid braking phases, acceleration phases and adjustments in the energy of the energy beam that are required as a result. This also reduces the effort involved in developing the process, since the energy in the energy beam in particular has to be adjusted for each type of powder material (particle size distribution, chemical composition).
  • the corner E can be part of an overhang structure.
  • the exposure can be further modified using the optical deflector, as explained below in connection with FIG. 7B.
  • the angular contour can again be made with linear path segments 201A and 201B' of the irradiation path 201.
  • the mechanical deflection can bring about, for example, a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which is arranged on a curved scan path 203 .
  • each of the path segments 201A and 201B' is now continuously scanned in the direction of the corner E of the irradiation path (generally towards a taper/tip of a component to be formed), optionally with a varying scanning speed.
  • Path segments 201A and 201B' are also examples of sub-sequences of ray positions, each comprising a plurality of ray positions.
  • the arrowhead of path segment 201B' was also drawn at corner E. For example, first a scan can be made along the path segment 201A, with deviations in the mechanical deflection being compensated again by the optical deflection. If the corner E has been reached, the optical deflection device jumps to the start of the path segment 201B' and, starting from there, also scans again in the direction of the corner E of the irradiation path 201.
  • FIG. 7C further illustrates how the manufacture of an angular structure can be accelerated by increasing the radiated energy if the possibility of an instantaneous abrupt optical deflection is also used.
  • an energy input with the energy beam e.g. the power of a laser beam
  • an energy input with the energy beam can be used that is above a limit value, as is usually the case for a powder material type (particle size distribution, chemical composition of the powder material 2) in continuous scanning with a beam diameter at a specified scanning speed is predetermined and for example, in the case of irradiation according to the irradiation strategies explained in connection with FIGS. 7A and 7B.
  • two path segments 201A" and 201B" are shown as examples of subsequences of beam positions 217.
  • the subsequences are exposed point by point, i.e. at beam positions 217, and simultaneously from the inside out, i.e. towards corner E.
  • the energy beam can alternately be shifted to at least one beam position of the subsequence of a first of the radiation path segments, e.g. path segment 201A", and at least one beam position of the subsequence of a second of the radiation path segments, e.g. path segment 201B".
  • an exemplary sequence 1 to 10 in exemplary ten beam positions (with overlapping melting areas indicated in a circle) along the path segments 201A" and 201B" is indicated in FIG. 7C.
  • the optical deflection must at least make it possible to jump from beam position 1 to beam position 2.
  • the shifting with the optical deflection between the sub-sequences can be abrupt.
  • the mechanical deflection can be changed continuously, optionally with a varying scanning speed.
  • the mechanical deflection can bring about a sequence of irradiation positions 211 set with the scanner device, which are arranged on a curved scan path 203 .
  • FIG. 8 shows a further example of a possible interaction of mechanical deflection and optical deflection when forming an irradiation path 301.
  • the irradiation path 301 includes an area of abrupt curvature K up to which the energy beam can be guided purely mechanically at constant speed the scanning path 303 of the mechanical deflection of the scanner device moves sluggishly beyond the point of curvature before it is accelerated back to the irradiation path 301 in order to take over the sole management of the energy beam again.
  • the mechanical deflection causes a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which is arranged on a curved scan path 303 and scanned continuously, optionally at a varying scan speed, with the curvature of the scan path 303 being less than the curvature of the curved segment.
  • a radiation position 311, an associated beam area 315 and optical correction paths DC are shown in FIG. 8 as an example.
  • FIGS. 9A and 9B explain the formation of radiation paths in which a “mechanical” scan vector (scan path) is broadened beyond a diameter of the energy beam with the aid of a lateral optical deflection.
  • the widening is indicated in Figures 9A and 9B as strips 403' and 503', respectively.
  • the strip 403' or 503' represents a region of a layer to be exposed, for example a section which forms an overhang region of the component during manufacture.
  • the irradiation path comprises a subsequence of beam positions whose positions lie within an associated beam area of the deflection device when the mechanical deflection is fixed at an irradiation position in the working area.
  • a scanner device positions the energy beam at an irradiation position 411A, which corresponds, for example, to a center position of a partial area T to be exposed of a scan vector.
  • the energy beam is then successively directed to different beam positions 417 of the partial area T in order to expose them in a predetermined sequence for a predetermined period.
  • An exemplary sequence 1-2-3-4-5-6-7...n when taking the beam positions 417 to be taken is indicated in FIG.
  • the partial area T is limited in terms of dimensions by the beam region 415 with respect to the irradiation position 411A. In the present case, the partial area T is smaller than the beam area 415.
  • the subsequence of the beam positions on the partial area T is scanned only by changing the optical deflection with a fixed mechanical deflection.
  • the energy beam will only expose non-adjacent beam positions 417 directly one after the other.
  • the irradiation position 411 ie no movement of the scanner device.
  • a static exposure situation is therefore temporarily present with regard to the mechanical deflection. If the entire sub-area T has been exposed, the scanner device is activated and a new irradiation position 411B is set, so that an adjoining partial area of the strip 403' can be exposed.
  • FIG. 9B shows an on-the-fly exposure in which a mechanical deflection is carried out continuously and an optical deflection is superimposed.
  • the scanner device guides the energy beam along a defined path, the scan path 503.
  • the scan path 503 can—as in the example in FIG. 9B—be a linear scan vector or it can follow a given contour.
  • the energy beam jumps to beam positions 517 by means of optical deflection, which can be e.g. to the right and left, i.e. to the side, as well as on the scan path 503.
  • the energy beam will only expose non-adjacent beam positions 517 directly one after the other, if possible.
  • An exemplary order 1-2-3-4-5 for taking the beam positions 517 to be taken is indicated in FIG. 9B.
  • the scanner device can be controlled in such a way that the mechanical deflection positions the energy beam continuously/incrementally at a sequence of irradiation positions.
  • the deflection device is controlled in such a way that the energy beam successively assumes the beam positions of sub-sequences that define the beam area of the corresponding irradiation position 411, and in particular a predetermined beam shape of the beam area (see, for example, the beam area 415 and the partial area T in FIG. 9A). cover partially or completely.
  • the deflection device can be controlled in such a way that the energy beam at one irradiation position of the plurality of irradiation positions within a beam area is displaced to a plurality of beam positions in order to a to be irradiated To shape the beam profile of the beam area during the manufacture of a part.
  • the energy beam can be shifted abruptly to the plurality of discrete beam positions of the beam profile to be irradiated.
  • the energy beam can, in particular, leap over beam positions in the beam area that are spatially adjacent to one another and, in particular, can only occupy beam positions in the beam area that are not spatially adjacent to one another in temporal succession.
  • FIGS. 10A to 10D explain irradiation strategies for an additive manufacturing of filigree structures, in which a detailed exposure of partial areas is carried out only by means of optical deflection.
  • a sub-sequence of beam positions can form a series of parallel, in particular linear, scan vectors and a length of each of the scan vectors can be less than or equal to an extent of the beam area of the deflection device in the direction of the respective scan vector being.
  • the irradiation path can comprise a plurality of sub-sequences of beam positions whose positions lie within a beam range of the deflection device when mechanical deflection is fixed in the work area at an irradiation position belonging to a sub-sequence.
  • the exposure requires a large proportion of acceleration and braking distances (skywriting, scanner delay) between the individual short vectors. This therefore causes a high proportion of non-productive time during the exposure if the exposure is carried out solely with the scanner device 7 in FIG. 1, for example.
  • successive exposure of short vectors can lead to local overheating or (in order to avoid local overheating) process pauses can be forced instead, which are to be provided for when mechanical deflection is used for filigree structures.
  • the process pauses should be chosen to ensure that sufficient heat can dissipate along the irradiation path.
  • filigree structures are written/exposed using only the optical deflection of the AOD.
  • each of the plurality of subsequences can be sampled only by changing the optical deflection with the mechanical deflection fixed.
  • the mechanical deflection from one exposure position to another exposure Radiation position can be changed. This can reduce or avoid waiting times and/or overheating.
  • FIGS. 10A to 10D show sketches for explaining irradiation strategies for additive manufacturing of filigree structures.
  • FIG. 10A shows an irradiation strategy for a filigree structure F tapering to a point in a component layer.
  • the filigree structure is assigned a sub-area T M , in which the exposure is carried out exclusively along a group of long scan vectors S_M represented by dashed lines.
  • the long scan vectors S_M can, for example, be exposed/scanned solely by means of mechanical deflection of the laser beam and then represent radiation paths of the scanner device.
  • the filigree structure in the component layer also forms a narrow, tapering partial area T O .
  • the filigree structure is tapered to a width that is smaller than the extent of a possible beam area 615 of the optical deflection device.
  • Exemplary beam regions 615 are indicated around irradiation positions 611 in FIG. 10A.
  • FIGS. 10A to 10D show short scan vectors S O for the narrow partial areas T O of the component layer of the filigree structure F.
  • the short scan vectors S O are scanned only by means of optical deflection of the laser beam, namely at
  • Fig. 10C illustrates vector orders 1-2-3-4-5, 1'-2'-3'-4'-5', 1"-2"-3" for the case of transient stationary mechanical deflection.
  • the three beam areas 815 which are Radiation positions 811 can be scanned optically, at least one short scan vector SO is always skipped.
  • the optical fast deflection can be used to scan non-adjacent short scan vectors S O that always have a minimum distance, so that—without stopping the optical deflection—the short scan vectors S O of the filigree structure F can be processed efficiently.
  • Figure 10D shows another advantage of flexibility in optical deflection.
  • the use of optical deflection enables scanning to always be in one direction. Due to the rapid deflection within the beam area 915, necessary empty runs are not significant in terms of time.
  • the scanning of the short scan vectors S O of the filigree structure F can be directed in the scan direction against a gas flow G guided over the work area 9, which means that a higher process quality can be achieved in the area of the filigree structure F.
  • the short scan vectors S O are also examples of sub-sequences of beam positions, each of which comprises a plurality of beam positions.
  • a number of subsequences along the irradiation path and/or a number of Beam positions in one of the subsequences and/or a spatial distance between successively occupied subsequences can be determined.
  • the energy or irradiation duration entered with the energy beam into the sub-sequences can be limited.
  • the selection of energy and irradiation duration at a beam position depends, among other things, on whether one jumps, for example, between two, three or even more sub-sequences: If one skips, for example, only one beam position, so that there may still be a thermal interaction, albeit a reduced one, between -both sub-sequences, and only jumps between two sub-sequences back and forth, one may be able to put twice as much energy into each of the subsequences per unit time (compared to continuous irradiation); analogous if you jump between four sub-sequences, for example (assuming the same irradiation time per beam position).
  • thermally relevant whether the energy/power input during production is so much higher than the heat/power dissipated at one point that the peak temperature is too high, which could lead to discolouration, an unstable production process or other problems, for example.
  • the irradiation strategies disclosed herein may generally also include irradiation paths with a sub-sequence of beam positions taken by changing the mechanical deflection while the optical deflection is fixed or varied.
  • a speed at which a sequence of spatially adjacent beam positions is continuously scanned can also be selected independently of whether one of the beam positions of the sequence of spatially adjacent beam positions is occupied by changing the optical deflection and/or changing the mechanical deflection will.
  • preferred speeds for such a continuously performed scanning movement are in the range from one meter per second to a few meters per second. The speed can be selected specifically for the powder material type and the energy beam/laser beam type.
  • a target speed range is, for example, in the range of a few percent (possibly up to ⁇ 10% and more) around a speed specified for an irradiation situation (powder material type, energy beam/laser beam), which is e.g Laser beam parameters and powder material parameters were determined.
  • Aspect 1 Method for displacing a continuous energy beam (5) along a radiation path (101) formed by a sequence of beam positions (17), which is provided for the purpose of applying a powder material (2 ) in a powder layer, with the steps:
  • the mechanical Deflection is designed to position the energy beam (5) at a plurality of irradiation positions (11) arranged in the work area (9), the irradiation positions (11) essentially spanning the work area (9), and the optical deflection is designed for this purpose is to deflect the energy beam (5) around each of the irradiation positions (11) within a beam region (15) of the deflection device (13) to at least one beam position of the sequence of beam positions (17), the optical deflection and the mechanical deflection occurring at the same time or are sequentially changed to scan the sequence of beam positions (17) with the energy beam (5).
  • the beam area is given here by a maximum extent of the optical deflection of the deflection device.
  • Aspect 2 The method of aspect 1, further comprising:
  • the deflection device (13) and the scanner device (7) Activation of the deflection device (13) and the scanner device (7) in such a way that the energy beam (5) successively scans sub-sequences, each of which comprises at least one beam position of the sequence of beam positions (17) of the radiation path (101), with an abrupt change in the optical deflection, a region between the spaced sub-sequences of the energy beam (5) is skipped, so that one after the other spatially spaced, in particular thermally decoupled, sub-sequences are taken by the energy beam.
  • Aspect 3 The method of aspect 2, wherein at least one of
  • a spatial distance between successively taken sub-sequences taking into account/ensuring the discharge of the energy introduced into the sub-sequences with the energy beam (5), in particular a limitation of the energy or irradiation duration introduced into the sub-sequences with the energy beam, can be determined.
  • Aspect 4 Method according to aspect 2 or 3, wherein the deflection device (13) and the scanner device (7) are controlled in such a way that adjacent beam positions (17) of the irradiation path (101) are not occupied consecutively.
  • Aspect 5 Method according to one of aspects 2 to 4, wherein the deflection device (13) in a passage region provided for the energy beam (5) comprises an optical, in particular transparent, material which has optical properties which are set to bring about the optical deflection , and wherein the deflection device (13) comprises, in particular, a crystal in which an acoustic wave having an acoustic wavelength is formed or a refractive index or a refractive index gradient is adjusted in order to effect the optical deflection.
  • Aspect 6 The method of aspect 5, further comprising
  • Aspect 7 The method according to any one of aspects 1 to 6, wherein spatially non-contiguous beam positions (17) of the irradiation path (101) are occupied sequentially in time and/or the spaced-apart sub-sequences cover at least one diameter of the energy beam or at least 50% of the diameter of the Energy beam or at least 1.5 to 2 times the diameter of the energy beam are spaced apart in the work area (9) and / or
  • Areas of the work area (9) are skipped, which are selected from the group of areas comprising an area of the work area (9) that has not yet been irradiated, an area of the work area (9) that is not to be irradiated and an area of the work area (9) that has already been irradiated.
  • Aspect 8 The method according to any one of aspects 1 to 7, wherein while the scanner device (7) is controlled in such a way that the mechanical deflection positions the energy beam (5) at an irradiation position (11), the deflection device (13) is controlled in such a way that the energy beam (5) successively occupies the beam positions (17) of sub-sequences that completely cover the beam area (15) of the corresponding irradiation position (11), and in particular a predetermined beam shape of the beam area (15).
  • Aspect 9 Method according to one of aspects 1 to 6, wherein while the scanner device (7) is controlled in such a way that the mechanical deflection continuously positions the energy beam (5) at a sequence of irradiation positions (11), the deflection device ( 13) is controlled in such a way that the energy beam (5) successively occupies the beam positions (17) of subsequences that partially or completely cover the beam area (15) of the corresponding irradiation position (11), and in particular a predetermined beam shape of the beam area (15). cover.
  • Aspect 10 The method according to any one of aspects 1 to 9, wherein the deflection device (13) is controlled such that the energy beam (5) at an irradiation position (11) of plurality of irradiation positions (11) within a beam area (15) is shifted to a plurality of beam positions (17) in order to shape a beam profile of the beam area during the manufacture of a component (4), and the energy beam (5) jumps to the plurality is shifted from discrete beam positions (17), the energy beam (5) in particular jumping over beam positions (17) that are spatially adjacent to one another in the beam area (15) and in particular only occupying beam positions (17) that are not spatially adjacent to one another in the beam area (15) in a temporal succession .
  • Aspect 11 The method of aspect 10, further comprising:
  • Irradiating the energy beam (5) by controlling the scanner device (7) in such a way that the energy beam (5) is positioned along a sub-sequence of irradiation positions (11) according to a scan path (103), and the deflection device (13) is controlled in this way at the same time is that the energy beam (5) jumps back and forth between beam positions (17) of a two-dimensional arrangement of beam positions (17), in particular between beam positions (17) arranged transversely to the scan path (103).
  • Aspect 12 Method according to one of aspects 1 to 11, wherein the irradiation path (101) has at least one irradiation zone (HAI) in which a plurality of sub-sequences of irradiation positions in the form of adjacent, at least partially parallel scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6), in particular of the same length, is defined, also with:
  • HAI irradiation zone
  • Irradiation of the energy beam (5) by the scanner device (13) being controlled in such a way that the irradiation position (11) is displaced along a first scan vector (S1) of the scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6), and the deflection device (13) is controlled at the same time such that the energy beam (5) between the first scan vector (Sl) of the scan vectors (Sl, S2, S3, S4, S5, S6) and at least one further scan vector (S4) of the scan vectors ( S1, S2, S3, S4, S5, S6) jumps back and forth.
  • Aspect 13 The method of any one of aspects 1 to 12, further comprising:
  • the energy beam (5) is radiated in by the scanner device (7) being controlled in such a way that the irradiation position (11) is displaced along a subsequence of irradiation positions (11) in accordance with a scanning direction, and the deflection device (13) is controlled at the same time in such a way that the Energy beam (5) jumps between beam positions arranged along the subsequence in and against the scanning direction.
  • the scanner device (7) being controlled in such a way that the irradiation position (11) is displaced along a subsequence of irradiation positions (11) in accordance with a scanning direction
  • the deflection device (13) is controlled at the same time in such a way that the Energy beam (5) jumps between beam positions arranged along the subsequence in and against the scanning direction.
  • the irradiation path (101) has at least two irradiation zones (HA2, HA3; HB1, HB2), in each of which a plurality of subsequences of irradiation positions in the form of adjacent, at least partially parallel running scan vectors (Sl, S2, S3, S4, S5, S6) of the same length is defined, with the scanner device (7) being controlled in order to displace the energy beam (5) in such a way that the energy beam moves along a first scan vector (Sl; S2) of the Scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6) is positioned in a first of the irradiation zones (HA2, HA3; HB1, HB2), and the deflection device is controlled at the same time in such a way that the energy beam between the first of the scan vectors in the first of the irradiation zones (HA2, HA3; HB1, HB2) and at least one further scan vector (S1;
  • control device (19) which is operatively connected to the scanner device (7) and the deflection device (13) and arranged to control the Abl steering device (13) and the scanner device (7) in such a way that the optical deflection and the mechanical deflection are changed simultaneously or sequentially in order to use the continuous energy beam (5) to form a radiation path (101 ) scan, wherein the irradiation path (101) is provided to solidify the powder material (2) in a powder layer in the work area (9).
  • Aspect 16 Production device (1) according to aspect 15, wherein the deflection device (13) is set up - to shift the energy beam (5) abruptly to a plurality of discrete beam positions (17), and/or
  • Aspect 17 A manufacturing facility (1) according to any one of aspects 15 or lo, wherein
  • control device (19) is set up to control the scanner device (7) and the deflection device (13) according to a method according to one of claims 1 to 14,
  • the scanner device (7) has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head that can be displaced relative to the working area (9),
  • the deflection device (13) has at least one electro-optical deflector and/or acousto-optical deflector (21), preferably two electro-optical or acousto-optical deflectors (21) that are not oriented parallel, in particular perpendicular to one another,
  • the deflection device has at least one acousto-optical deflector (21) with an optical material, such as a crystal, and an exciter (112) for generating acoustic waves in the optical material, and/or
  • the beam generating device (3) is designed as a continuous wave laser.

Abstract

In a method for moving a continuous energy beam (5) along an irradiation path (101) produced by a sequence of beam positions (17), the irradiation path (101) is designed to compact a powder material (2) in a powder layer in a working area of a manufacturing device (1). According to the method, the continuous energy beam (5) is irradiated onto the powder material (2) in order to form a layer of a component (4) in the context of an additive manufacturing process. The energy beam (5) is moved within the working area (9) by superimposing an optical deflection of the energy beam (5) by means of a deflection unit (13) and mechanically deflecting the energy beam (5) by means of a scanner unit (7). The mechanical deflection is intended to position the energy beam (5) in a plurality of irradiation positions (11) located in the working area (9), the irradiation positions (11) essentially spanning the working area (9). The optical deflection is intended to deflect the energy beam (5) by each of the irradiation positions (11) within a beam region (15) to at least one beam position of the sequence of beam positions (17). The optical deflection and the mechanical deflection are changed simultaneously or one after the other to scan the sequence of beam positions (17) by means of the energy beam (5).

Description

VERFAHREN ZUM VERLAGERN EINES KONTINUIERLICHEN ENERGIE STRAHLS METHOD OF DISPLACING A CONTINUOUS ENERGY BEAM
UND FERTIGUNGSEINRICHTUNG AND PRODUCTION FACILITIES
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Verlagern eines kontinuierlichen Energie strahls entlang eines durch eine Abfolge von Strahlpositionen ausgebildeten Bestrahlungs pfads. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial. The present invention relates to methods of translating a continuous beam of energy along a radiation path defined by a succession of beam positions. Furthermore, the invention relates to a device for the additive manufacturing of components from a powder material.
Die laserbasierte additive (auch generative) Fertigung von, insbesondere metallischen oder keramischen, Bauteilen basiert auf einem Verfestigen eines in Pulverform vorliegenden Aus gangsmaterials durch die Bestrahlung mit Laserlicht. Beim additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial wird typischerweise ein Energiestrahl wie ein Laserstrahl an vorbe stimmte Bestrahlungspositionen eines Arbeitsbereichs - insbesondere entlang eines vorbe stimmten Bestrahlungspfads - verlagert, um in dem Arbeitsbereich angeordnetes Pulvermate rial lokal zu verfestigen. Dies wird insbesondere schichtweise in aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten wiederholt, um schließlich ein dreidi mensionales Bauteil aus verfestigtem Pulvermaterial zu erhalten. The laser-based additive (also generative) manufacturing of, in particular metallic or ceramic, components is based on solidifying a starting material in powder form by irradiating it with laser light. When additively manufacturing components from a powder material, an energy beam such as a laser beam is typically displaced to predetermined irradiation positions of a work area—in particular along a predetermined irradiation path—in order to locally solidify powder material arranged in the work area. In particular, this is repeated layer by layer in layers of powder material arranged one after the other in the working area in order finally to obtain a three-dimensional component made of solidified powder material.
Additive Fertigungsverfahren sind auch bekannt als Pulverbett-basierte Verfahren zum Her stellen von Bauteilen in einem Pulverbett, selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintem, Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), direktes Metall-Laser-Schmelzen (Di rect Metal Laser Melting - DMLM), Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), und Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die hierin offenbarten Fertigungseinrichtung sind demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten addi tiven Fertigungsverfahren. Additive manufacturing processes are also known as powder bed-based processes for producing components in a powder bed, selective laser melting, selective laser sintering, laser metal fusion (laser metal fusion - LMF), direct metal laser melting (direct metal laser melting). - DMLM), Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), and Laser Engineered Net Shaping (LENS). Accordingly, the manufacturing equipment disclosed herein is set up in particular to carry out at least one of the aforementioned additive manufacturing processes.
Die hierin offenbarten Konzepte können unter anderem in Maschinen für den (metallischen) 3D-Druck eingesetzt. Eine beispielhafte Maschine zur Herstellung von dreidimensionalen Produkten ist in der EP 2 732 890 Al offenbart. Die Vorteile der additiven (generativen) Fer tigung sind allgemein eine einfache Herstellung von komplexen und individuell erstellbaren Bauteilen. Dabei können insbesondere definierte Strukturen im Innenraum und/oder kraftflus soptimierte Strukturen realisiert werden. In die Wechselwirkung des Energiestrahls mit dem Pulvermaterial gehen seitens des Energie strahls Parameter wie Intensität/Energie, Strahldurchmesser, Abtastgeschwindigkeit, Verweil dauer an einem Ort sowie seitens des Pulvermaterialtyps Parameter wie Korngrößenverteilung und chemische Zusammensetzung ein. Ferner gehen hinsichtlich des Energieeintrags thermi sche Parameter ein, die sich unter anderem aus der Umgebung der Wechselwirkungszone er geben. So leiten bereits verfestigte Bereiche bereits erzeugter Schichten des Bauteils sowie bereits verfestigte, an die Wechselwirkungszone angrenzende Bereiche der gleichen Schicht die eingebrachte Wärme besser ab, als nicht (oder noch nicht) verschmolzenes Pulvermaterial, das sich unter eine Struktur des Bauteils oder in der gleichen Schicht befinden kann. Überhitzt aufgeschmolzenes Pulvermaterial, können sich Tropfen aus der Schmelze lösen/aufspritzen, wodurch sie allgemein die Produktqualität und den Herstellungsprozess nachteilig beeinflus sen können. The concepts disclosed herein can be used in machines for (metallic) 3D printing, among other things. An exemplary machine for manufacturing three-dimensional products is disclosed in EP 2 732 890 A1. The advantages of additive (generative) manufacturing are generally the simple manufacture of complex and individually producible components. In this way, in particular, defined structures in the interior and/or structures optimized for the flow of force can be implemented. In the interaction of the energy beam with the powder material, parameters such as intensity/energy, beam diameter, scanning speed, dwell time at a location as well as parameters such as grain size distribution and chemical composition are included on the part of the powder material type. In addition, with regard to the energy input, thermal parameters are included that arise from the environment of the interaction zone, among other things. Thus, already solidified areas of already created layers of the component as well as already solidified areas of the same layer adjoining the interaction zone dissipate the introduced heat better than unfused (or not yet) powder material that is under a structure of the component or in the same layer can be located. If the powder material is overheated, drops can detach/splash from the melt, which can have a negative impact on the product quality and the manufacturing process in general.
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, Bestrahlungskonzepte und insbesondere Bestrahlungspfade zu ermöglichen, die über die Einschränkungen einer konven tionellen Scannereinrichtung hinausgehen. Insbesondere soll ein Überhitzen des aufgeschmol zenen Pulvers unabhängig vom Verlauf des Bestrahlungspfades vermieden werden, wobei dies möglichst auch beim Einbringen hoher Energien gewährleistet sein soll. Ferner liegt eine Aufgabe darin, Verfahren zum flexibel einstellbaren Verlagern eines kontinuierlichen Ener giestrahls entlang eines Bestrahlungspfad sowie eine Vorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial zur Umsetzung derartiger Verfahren anzugeben. One aspect of this disclosure is based on the task of enabling irradiation concepts and in particular irradiation paths that go beyond the limitations of a conventional scanner device. In particular, overheating of the melted powder should be avoided, regardless of the course of the irradiation path, and this should also be ensured as far as possible when high energies are introduced. Another object is to specify a method for the flexibly adjustable displacement of a continuous energy beam along a radiation path and a device for the additive manufacturing of components from a powder material for the implementation of such methods.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine Fertigungseinrichtung nach Anspruch 21. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. At least one of these objects is achieved by a method according to claim 1 and by a production device according to claim 21. Further developments are specified in the dependent claims.
Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zum Verlagern eines kontinuierlichen Energiestrahls entlang eines durch eine Abfolge von Strahlpositionen ausgebildeten Bestrahlungspfads, der dazu vorgesehen ist, in einem Arbeitsbereich einer Fertigungseinrichtung ein Pulvermaterial in ei ner Pulverschicht zu verfestigen. Das Verfahren umfasst die Schritte: One aspect relates to a method for displacing a continuous energy beam along an irradiation path formed by a sequence of beam positions, which is intended to solidify a powder material in a powder layer in a work area of a production facility. The procedure includes the steps:
- Einstrahlen des kontinuierlichen Energiestrahls auf das Pulvermaterial, um im Rahmen eines additiven Fertigungsverfahrens eine Schicht eines Bauteils zu formen; und - Verlagern des Energiestrahls innerhalb des Arbeitsbereichs durch ein Überlagern einer opti schen Ablenkung des Energiestrahls mit einer Ablenkeinrichtung und einer mechanischen Ablenkung des Energiestrahls mit einer Scannereinrichtung, wobei die mechanische Ablenkung dazu ausgebildet ist, den Energiestrahl an einer Mehrzahl von im Arbeitsbereich angeordneten Bestrahlungspositionen zu positionie ren, wobei die Bestrahlungspositionen den Arbeitsbereich im Wesentlichen aufspan nen, und die optische Ablenkung dazu ausgebildet ist, den Energiestrahl um jede der Be strahlungspositionen innerhalb eines Strahlbereichs auf mindestens eine Strahlposition der Abfolge von Strahlpositionen abzulenken. - irradiating the continuous energy beam onto the powder material in order to form a layer of a component as part of an additive manufacturing process; and - Relocating the energy beam within the work area by superimposing an optical deflection of the energy beam with a deflection device and a mechanical deflection of the energy beam with a scanner device, wherein the mechanical deflection is designed to position the energy beam at a plurality of irradiation positions arranged in the work area , wherein the irradiation positions essentially span the working area, and the optical deflection is designed to deflect the energy beam around each of the irradiation positions within a beam area to at least one beam position of the sequence of beam positions.
Die optische Ablenkung und die mechanische Ablenkung werden zeitgleich oder aufeinander folgend verändert, um die Abfolge von Strahlpositionen mit dem Energiestrahl abzutasten.The optical deflection and the mechanical deflection are changed simultaneously or sequentially to scan the sequence of beam positions with the energy beam.
In einem weiteren Aspekt weist eine Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen eines Bau teils aus einem Pulvermaterial, das in einem Arbeitsbereich bereitgestellt wird, auf: eine Strahlerzeugungseinrichtung, die eingerichtet ist zum Erzeugen eines kontinuierli chen Energiestrahls zum Bestrahlen des Pulvermaterials, eine Scannereinrichtung, die für eine mechanische Ablenkung eingerichtet ist, um den Energiestrahl an einer Mehrzahl von Bestrahlungspositionen zu positionieren, wobei die Be strahlungspositionen den Arbeitsbereich im Wesentlichen aufspannen, eine Ablenkeinrichtung, die für eine optische Ablenkung eingerichtet ist, den Energie strahl um jede der Bestrahlungspositionen innerhalb eines Strahlbereichs auf mindestens eine Strahlposition der Abfolge von Strahlpositionen abzulenken, und eine Steuereinrichtung, die mit der Scannereinrichtung und der Ablenkeinrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart anzusteuem, dass die optische Ablenkung und die mechanische Ablenkung zeitgleich oder aufeinanderfolgend verändert werden, um mit dem kontinuierlichen Energiestrahl einen durch eine Abfolge der Strahlpositionen ausgebildeten Bestrahlungspfad, der dazu vorgesehen ist, im Arbeitsbereich das Pulvermaterial in einer Pulverschicht zu verfestigen, abzutasten. In a further aspect, a manufacturing device for additively manufacturing a component from a powder material that is provided in a work area has: a beam generating device that is set up to generate a continuous energy beam for irradiating the powder material, a scanner device that is used for a mechanical deflection is set up to position the energy beam at a plurality of irradiation positions, the irradiation positions essentially spanning the work area, a deflection facility set up for optical deflection, the energy beam around each of the irradiation positions within a beam area to at least one beam position to deflect the sequence of beam positions, and a control device which is operatively connected to the scanner device and the deflection device and is set up to control the deflection device and the scanner device in such a way that d The optical deflection and the mechanical deflection are changed simultaneously or sequentially in order to use the continuous energy beam to scan a radiation path formed by a sequence of beam positions, which is intended to solidify the powder material in a powder layer in the work area.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens können die Ablenkeinrichtung und die Scanner einrichtung derart angesteuert werden, dass das Verändern der optischen Ablenkung und das Verändern der mechanischen Ablenkung zeitgleich derart erfolgen, dass die Abfolge von Strahlpositionen mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit oder in einem Soll- Geschwindigkeitsbereich um die vorgegebene Geschwindigkeit abgetastet wird. Insbesondere kann eine Scangeschwindigkeit der mechanischen Ablenkung, die optional in einer Einsteil barkeit durch einen Massenträgheitsparameter einer bewegten Komponente der Scannerein richtung (z.B. ein Umlenkspiegel eines Galvoscanners) limitiert sein kann, beim Verändern der optischen Ablenkung und beim Verändern der mechanischen Ablenkung berücksichtigt werden. In some developments of the method, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the optical deflection is changed and the mechanical deflection changed at the same time in such a way that the sequence of beam positions is carried out at a specified speed or in a target speed range around the specified speed speed is sampled. In particular For example, a scanning speed of the mechanical deflection, which can optionally be limited by a mass inertia parameter of a moving component of the scanner device (e.g. a deflection mirror of a galvo scanner), can be taken into account when changing the optical deflection and when changing the mechanical deflection.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens können die Ablenkeinrichtung und die Scanner einrichtung derart angesteuert werden, dass eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls eine Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energie Strahls in einer Richtung quer zum Bestrahlungspfad zumindest teilweise kompensiert, sodass der Bestrah lungspfad von einer Abfolge von mit der Scannereinrichtung eingestellten Bestrahlungspositi onen abweicht. Optional kann die optische Ablenkung des Energiestrahls eine Komponente in Richtung des Bestrahlungspfads aufweisen, sodass insbesondere eine Geschwindigkeit, mit der die Abfolge von Strahlpositionen in einem Segment des Bestrahlungspfads abgetastet wird, konstant ist oder in einem Soll-Geschwindigkeitsbereich um eine vorgegebene Ge schwindigkeit bleibt. In some developments of the method, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that a change in the optical deflection of the energy beam at least partially compensates for a change in the mechanical deflection of the energy beam in a direction transverse to the irradiation path, so that the irradiation path is dependent on a sequence of irradiation positions set with the scanner device. Optionally, the optical deflection of the energy beam can have a component in the direction of the radiation path, so that in particular a speed at which the sequence of beam positions in a segment of the radiation path is scanned is constant or remains in a target speed range around a specified speed.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens können die Ablenkeinrichtung und die Scanner einrichtung derart angesteuert werden, dass sich eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls und die Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls in mindestens einer ersten Richtung zumindest teilweise kompensieren. Zusätzlich oder alterna tiv können sich eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls und eine Ver änderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls in mindestens einer zweiten Rich tung addieren. In some developments of the method, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that a change in the optical deflection of the energy beam and a change in the mechanical deflection of the energy beam in at least a first direction at least partially compensate each other. Additionally or alternatively, a change in the optical deflection of the energy beam and a change in the mechanical deflection of the energy beam can add up in at least a second direction.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann der Bestrahlungspfad ein Krümmungsseg ment umfassen. Entsprechend können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung der art angesteuert werden, dass der Energiestrahl kontinuierlich entlang des Krümmungsseg ments verlagert wird. Insbesondere kann das Verändern der mechanischen Ablenkung konti nuierlich, optional mit einer variierenden Scangeschwindigkeit, erfolgen. Zusätzlich oder al ternativ kann die mechanische Ablenkung eine Abfolge von mit der Scannereinrichtung ein gestellten Bestrahlungspositionen bewirken, die auf einem gekrümmten Scanpfad angeordnet ist, wobei eine Krümmung des Scanpfads geringer ist als eine Krümmung des Krümmungs segments. In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann die Verlagerung des Energiestrahls entlang des Bestrahlungspfads mit einer Frequenzweiche auf die Ablenkung der Scannereinrichtung und die Ablenkung der Ablenkeinrichtung aufgeteilt wird. Solche Frequenz weichen zur Auf teilung von Verlagerungen auf Ablenkungen einer trägen und einer dynamische Achse sind bspw. bekannt aus WO 93/01021 Al, in der eine Bewegungsaufteilung mittels Hoch- und Tiefpassfilter offenbart ist, und DE 103 55 614 Al, bei der eine Steuereinrichtung für eine Bewegungsaufteilung mit einem Tiefpassfilter gezeigt ist. Dies hat bspw. den Vorteil, dass die Aufteilung des Bestrahlungspfads während des Verfahrens erfolgen kann und damit unabhän gig ist, von einer vorherigen Planung der Aufteilung. In some developments of the method, the irradiation path can include a curved segment. Accordingly, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the energy beam is continuously displaced along the curvature segment. In particular, the mechanical deflection can be changed continuously, optionally with a varying scanning speed. Additionally or alternatively, the mechanical deflection can bring about a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which are arranged on a curved scan path, with a curvature of the scan path being less than a curvature of the curved segment. In some developments of the method, the displacement of the energy beam along the irradiation path can be divided between the deflection of the scanner device and the deflection of the deflection device using a frequency splitter. Such frequency soft for the distribution of displacements on deflections of a sluggish and a dynamic axis are known, for example, from WO 93/01021 A1, in which a movement distribution by means of high- and low-pass filters is disclosed, and DE 103 55 614 A1, in which a control device for motion splitting with a low pass filter. This has the advantage, for example, that the irradiation path can be divided up during the procedure and is therefore independent of prior planning of the division.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann der Bestrahlungspfad zwei, insbesondere lineare, und gemeinsam eine Bestrahlungspfadecke ausbildende Bestrahlungspfadsegmente umfassen. Entsprechend können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass der Energiestrahl kontinuierlich entlang eines jeden der Bestrah lungspfadsegmente verlagert wird. Insbesondere kann der Energiestrahl entlang mindestens eines der zwei Bestrahlungspfadsegmente in Richtung der Bestrahlungspfadecke verlagert werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Verändern der mechanischen Ablenkung kontinu ierlich, optional mit einer variierenden Scangeschwindigkeit, erfolgen. Weiter zusätzlich oder alternativ kann die mechanische Ablenkung eine Abfolge von mit der Scannereinrichtung ein gestellten Bestrahlungspositionen bewirken, die auf einem gekrümmten Scanpfad angeordnet ist. In some developments of the method, the radiation path can include two, in particular linear, radiation path segments that together form a radiation path corner. Accordingly, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the energy beam is continuously displaced along each of the irradiation path segments. In particular, the energy beam can be displaced along at least one of the two radiation path segments in the direction of the radiation path corner. Additionally or alternatively, the mechanical deflection can be changed continuously, optionally with a varying scanning speed. Furthermore, additionally or alternatively, the mechanical deflection can bring about a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which is arranged on a curved scanning path.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann der Bestrahlungspfad zwei, insbesondere lineare, und gemeinsam eine Bestrahlungspfadecke ausbildende Bestrahlungspfadsegmente umfassen, die jeweils eine Unterabfolge von Strahlpositionen umfassen. Entsprechend können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass der Ener giestrahl abwechselnd auf mindestens eine Strahlposition der Unterabfolge einer ersten der Bestrahlungspfadsegmente und mindestens eine Strahlposition der Unterabfolge einer zweiten der Bestrahlungspfadsegmente verlagert wird. Insbesondere kann das Verändern der mechani schen Ablenkung kontinuierlich, optional mit variierender Scangeschwindigkeit, erfolgen und/oder die mechanische Ablenkung kann eine Abfolge von mit der Scannereinrichtung ein gestellten Bestrahlungspositionen bewirken, die auf einem gekrümmten Scanpfad angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Verlagern mit der optischen Ablenkung zwischen den Unterabfolgen sprunghaft erfolgen. In some developments of the method, the radiation path can include two, in particular linear, radiation path segments that together form a radiation path corner, each of which includes a subsequence of beam positions. Accordingly, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the energy beam is shifted alternately to at least one beam position of the subsequence of a first of the radiation path segments and at least one beam position of the subsequence of a second of the radiation path segments. In particular, the mechanical deflection can be changed continuously, optionally with a varying scan speed, and/or the mechanical deflection can cause a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which are arranged on a curved scan path is. Alternatively or additionally, the displacement with the optical deflection between the sub-sequences can take place abruptly.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann die Scannereinrichtung eine Abfolge von Bestrahlungspositionen mit gleichbleibender, optional mit einer variierender, Scangeschwin digkeit abfahren. In some developments of the method, the scanner device can run through a sequence of irradiation positions with a constant, optionally with a varying, scanning speed.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann der Bestrahlungspfad eine Unterabfolge von Strahlpositionen umfassen, deren Positionen bei im Arbeitsbereich an einer Bestrahlungsposi tion fixierter mechanischer Ablenkung innerhalb eines zugehörigen Strahlbereichs der Ablen keinrichtung liegen. Entsprechend können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass die Unterabfolge nur durch eine Veränderung der optischen Ablenkung bei fixierter mechanischer Ablenkung abgetastet wird. In some developments of the method, the irradiation path can comprise a sub-sequence of beam positions, the positions of which lie within an associated beam region of the deflection direction when the mechanical deflection is fixed at an irradiation position in the working area. Accordingly, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the sub-sequence is scanned only by changing the optical deflection while the mechanical deflection is fixed.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann die Unterabfolge von Strahlpositionen eine Aufreihung von parallel verlaufenden, insbesondere linearen, Scanvektoren ausbilden und eine Länge eines jeden der Scanvektoren kann kleiner oder gleich einem Ausmaß des Strahl bereichs der Ablenkeinrichtung in Richtung des jeweiligen Scanvektors sein. In some developments of the method, the sub-sequence of beam positions can form a series of parallel, in particular linear, scan vectors and a length of each of the scan vectors can be less than or equal to a dimension of the beam area of the deflection device in the direction of the respective scan vector.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann der Bestrahlungspfad eine Mehrzahl von Unterabfolgen von Strahlpositionen umfassen, deren Positionen bei im Arbeitsbereich an einer jeweils zu einer Unterabfolge gehörenden Bestrahlungsposition fixierter mechanischer Ablen kung innerhalb eines Strahlbereichs der Ablenkeinrichtung liegen. Entsprechend können die Ablenkeinrichtung und die Scannereinrichtung derart angesteuert werden, dass -jede der Mehrzahl von Unterabfolgen nur durch eine Veränderung der optischen Ablenkung bei fixierter mechanischer Ablenkung abgetastet wird und In some developments of the method, the irradiation path can include a plurality of sub-sequences of beam positions whose positions lie within a beam range of the deflection device when mechanical deflection is fixed in the working area at an irradiation position belonging to a sub-sequence. Accordingly, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that each of the plurality of sub-sequences is scanned only by changing the optical deflection while the mechanical deflection is fixed, and
- zwischen dem Abtasten von zwei Unterabfolgen der Mehrzahl von Unterabfolgen die me chanische Ablenkung von einer Bestrahlungsposition zu einer anderen Bestrahlungsposition verändert wird. - between the scanning of two subsequences of the plurality of subsequences, the mechanical deflection is changed from one irradiation position to another irradiation position.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann der Bestrahlungspfad ferner eine Unterabfol ge von Strahlpositionen umfassen, die durch eine Veränderung der mechanischen Ablenkung bei fixierter oder variierender optischer Ablenkung eingenommen werden. In einigen Weiterbildungen des Verfahrens können die Ablenkeinrichtung und die Scanner einrichtung derart angesteuert werden, dass eine Geschwindigkeit, mit der eine Abfolge von räumlich aneinander angrenzenden Strahlpositionen abgetastet wird, unabhängig davon ist, ob eine der Strahlpositionen der Abfolge von räumlich aneinander angrenzenden Strahlpositionen durch das Verändern der optischen Ablenkung und/oder das Verändern der mechanischen Ablenkung eingenommen werden. In some developments of the method, the irradiation path can also include a sub-sequence of beam positions that are assumed by changing the mechanical deflection with a fixed or varying optical deflection. In some developments of the method, the deflection device and the scanner device can be controlled in such a way that the speed at which a sequence of spatially adjacent beam positions is scanned is independent of whether one of the beam positions in the sequence of spatially adjacent beam positions is changed by the change the optical deflection and/or changing the mechanical deflection.
In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann die Ablenkeinrichtung in einem für den Energiestrahl vorgesehenen Durchtrittsbereichs ein optisches, insbesondere transparentes, Material wie einen Kristall umfassen, das optische Eigenschaften aufweist, die zum Bewirken der optischen Ablenkung eingestellt werden können. In some developments of the method, the deflection device can comprise an optical, in particular transparent, material such as a crystal in a passage region provided for the energy beam, which material has optical properties that can be set to bring about the optical deflection.
In einigen Weiterbildungen kann das Verfahren ferner umfassen: In some developments, the method can also include:
- Anregen einer akustischen Welle mit einer akustischen Wellenlänge im optischen Material zur Ausbildung eines akusto-optischen Beugungsgitters, - Excitation of an acoustic wave with an acoustic wavelength in the optical material to form an acousto-optical diffraction grating,
- Einstrahlen des Energiestrahls auf den Durchtrittsbereich, - Radiation of the energy beam onto the passage area,
- Beugen des Energiestrahls am akusto-optischen Beugungsgitter zu einem großen Teil, insbe sondere zu mindestens 80 % und bevorzugt zu mindestens 90 %, unter einem Beugungswinkel in eine erste Beugungsordnung, - Bending the energy beam at the acousto-optical diffraction grating to a large extent, in particular at least 80% and preferably at least 90%, at a diffraction angle in a first diffraction order,
- Führen des gebeugten Energiestrahls an eine erste der Strahlpositionen (17), und - guiding the diffracted energy beam to a first of the beam positions (17), and
- Verändern der optischen Ablenkung des Energie Strahls durch Ändern der akustischen Wel lenlänge. Dabei kann das Ändern der akustischen Wellenlänge den Beugungswinkel der ersten Beugungsordnung derart ändern, dass der gebeugte Energiestrahls an eine zweite der Strahl positionen geführt wird. Insbesondere kann die akustische Wellenlänge schrittweise um eine Wellenlängenänderung verändert werden, sodass der Energiestrahl Energie in Strahlpositionen des Bestrahlungspfads nacheinander einbringt, wobei in einer Übergangszeit, in der im Durch trittsbereich zwei akustische Wellenlängen vorliegen, Energie in zwei Strahlpositionen gleich zeitig eingebracht wird. Ferner kann dabei die Wellenlängenänderung eine Änderung im Beu gungswinkel derart bewirken, dass räumlich aneinander angrenzenden Strahlpositionen des Bestrahlungspfads oder räumlich beabstandete, insbesondere thermisch entkoppelte, Strahlpo sitionen zeitlich aufeinanderfolgend vom Energiestrahl abgetastet werden. - Changing the optical deflection of the energy beam by changing the acoustic wavelength. In this case, changing the acoustic wavelength can change the diffraction angle of the first diffraction order in such a way that the diffracted energy beam is guided to a second of the beam positions. In particular, the acoustic wavelength can be changed in steps by a wavelength change, so that the energy beam successively introduces energy into beam positions of the irradiation path, with energy being introduced into two beam positions simultaneously in a transitional period in which two acoustic wavelengths are present in the penetration area. Furthermore, the change in wavelength can cause a change in the diffraction angle such that spatially adjacent beam positions of the radiation path or spatially spaced, in particular thermally decoupled, beam positions are scanned sequentially in time by the energy beam.
In einigen Weiterbildungen kann die Ablenkeinrichtung derart angesteuert werden, dass min destens eine Strahlposition beim Abtasten der Abfolge von Strahlpositionen übersprungen wird, wobei die übersprungene Strahlposition zu einem nachfolgenden Zeitpunkt abgetastet wird. In some developments, the deflection device can be controlled in such a way that at least one beam position is skipped when scanning the sequence of beam positions with the skipped beam position being sampled at a subsequent time.
In einigen Weiterbildungen kann das Verfahren ferner umfassen: In some developments, the method can also include:
- Anlegen einer Spannung am optischen Material zum Einstellen eines Brechungsindex oder eines Brechungsindexgradienten, - applying a voltage to the optical material to adjust a refractive index or a refractive index gradient,
- Einstrahlen des Energiestrahls auf den Durchtrittsbereich, - Radiation of the energy beam onto the passage area,
- Ablenken des Energiestrahls basierend auf dem eingestellten Brechungsindex oder Bre- chungsi ndexgradi enten, - deflection of the energy beam based on the adjusted refractive index or refractive index gradient,
- Führen des abgelenkten Energiestrahls an eine erste der Strahlpositionen, und - directing the deflected energy beam to a first one of the beam positions, and
- Verändern der optischen Ablenkung des Energie Strahls durch Ändern der angelegten Span nung. - Changing the optical deflection of the energy beam by changing the applied voltage.
In einigen Weiterbildungen der Fertigungseinrichtung kann die Ablenkeinrichtung dazu einge richtet sein, den Energiestrahl sprunghaft an eine Mehrzahl von diskreten Strahlpositionen zu verlagern. In some developments of the production device, the deflection device can be set up to suddenly shift the energy beam to a plurality of discrete beam positions.
In einigen Weiterbildungen der Fertigungseinrichtung kann die Steuereinrichtung eine Fre quenzweiche zur Aufteilung der Verlagerung des Energiestrahls entlang eines Bestrahlungs pfads auf eine Ablenkung der Scannereinrichtung und eine Ablenkung der Ablenkeinrichtung aufweisen. Solche Frequenzweichen sind, wie oben bereits erwähnt, aus dem Stand der Tech nik bekannt. Dies hat den Vorteil, dass die eigentliche Aufteilung durch die Fertigungseinrich tung erfolgen kann, so dass eine vorherige Planung, bspw. in einem Buildprozessor nicht not wendig ist, wodurch u.a. längere Rechenzeiten für das Erzeugen von Steuerungsdateien mit dem Buildprozessor vermieden werden und die Steuerungsdateien kleiner ausfallen. In some developments of the production device, the control device can have a frequency divider for dividing the displacement of the energy beam along a radiation path into a deflection of the scanner device and a deflection of the deflection device. As mentioned above, such crossovers are known from the prior art. This has the advantage that the actual division can be carried out by the production facility, so that prior planning, e.g. in a build processor, is not necessary, which means longer computing times for generating control files with the build processor are avoided and the control files are smaller stand out.
In einigen Weiterbildungen der Fertigungseinrichtung kann die Steuereinrichtung dazu einge richtet sein, die Scannereinrichtung und die Ablenkeinrichtung gemäß den hierin offenbarten Verfahren anzusteuem. Die Scannereinrichtung kann mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer- Scanner, Pi ezo- Scanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder ei nen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf aufweisen. In some developments of the production device, the control device can be set up to control the scanner device and the deflection device according to the methods disclosed herein. The scanner device can have at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head that can be displaced relative to the work area.
In einigen Weiterbildungen der Fertigungseinrichtung kann die Ablenkeinrichtung mindestens einen elektro-opti sehen Deflektor und/oder akusto-opti sehen Deflektor, vorzugsweise zwei nicht parallel, insbesondere senkrecht zueinander orientierte elektro-optische oder akusto- optische Deflektoren, aufweist. Die Ablenkeinrichtung kann mindestens einen akusto- optischen Deflektor mit einem optischen Material, wie einem Kristall, und einem Anreger zum Erzeugen akustischer Wellen im optischen Material aufweist. In some developments of the production device, the deflection device can see at least one electro-optical deflector and/or acousto-optical deflector, preferably two electro-optical or acousto-optical deflectors which are not parallel, in particular perpendicular to one another. The deflection device can have at least one acousto-optical deflector with an optical material, such as a crystal, and an exciter for generating acoustic waves in the optical material.
In einigen Weiterbildungen der Fertigungseinrichtung kann die Strahlerzeugungseinrichtung als Dauerstrich-Laser ausgebildet sein. In some developments of the manufacturing device, the beam generating device can be designed as a continuous wave laser.
Hierin wird unter einer optischen Ablenkung eine mit einer Ablenkeinrichtung optisch indu zierte Ablenkung verstanden. Ein Beispiel für eine optische Ablenkung ist eine Variation ei nes optischen Parameters eines optischen Mediums im Strahlengang, die eine Änderung des Strahlengangs bewirkt. Die optische Ablenkung unterscheidet sich von einer mechanischen Ablenkung, die als eine mit einer Scannereinrichtung mechanisch induzierte Ablenkung ver standen wird. Ein Beispiel für eine mechanische Ablenkung ist eine mechanisch-kontrollierte reflektive Ablenkung eines Laserstrahls. Here, an optical deflection means a deflection optically induced with a deflection device. An example of an optical deflection is a variation in an optical parameter of an optical medium in the beam path, which causes a change in the beam path. Optical deflection is distinct from mechanical deflection, which is understood to be deflection mechanically induced with a scanner device. An example of a mechanical deflection is a mechanically-controlled reflective deflection of a laser beam.
Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figu ren. Von den Figuren zeigen: Concepts are disclosed herein that allow at least some aspects of the prior art to be improved. In particular, further features and their expediencies result from the following description of embodiments with reference to the figures. The figures show:
Fig. 1 eine schematische räumliche Darstellung einer Fertigungseinrichtung zur generativen Fertigung, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Strahlengangs der Fertigungseinrichtung , 1 shows a schematic three-dimensional representation of a manufacturing device for additive manufacturing, FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary beam path of the manufacturing device,
Figuren 3A - 3C Skizzen zur Erläuterung einer akusto-opti sehen Ablenkung bei der gene rativen Fertigung, Fig. 4 eine Skizze zur Erläuterung einer elektro-optischen Ablenkung bei der generativen Fertigung, Figures 3A - 3C sketches to explain an acousto-opti see deflection in additive manufacturing, Fig. 4 a sketch to explain an electro-optical deflection in additive manufacturing,
Figuren 5A - 5C Skizzen zu linearen Abtastvorgängen basierend auf optischen Ablenkun gen, Fig. 6 eine Skizze zur Verdeutlichung der gleichzeitigen Belichtung von Scan vektoren in Bestrahlungszonen, Figuren 7A - 8 Skizzen zur Verdeutlichung von auf mechanischer Ablenkung und opti scher Ablenkung basierenden Bestrahlungspfaden, FIGS. 5A-5C sketches of linear scanning processes based on optical deflections, FIG. 6 a sketch to clarify the simultaneous exposure of scan vectors in irradiation zones, Figures 7A - 8 sketches to clarify radiation paths based on mechanical deflection and optical deflection,
Figuren 9A und 9B Skizzen von Bestrahlungspfaden, die mit einer lateralen optischen Ablen kung eine Verbreiterung eines „mechanischen“ Scanvektors nutzen, und Figuren 10A - 10D Skizzen zur additiven Fertigung von filigranen Strukturen. FIGS. 9A and 9B sketches of irradiation paths that use a broadening of a “mechanical” scan vector with a lateral optical deflection, and FIGS. 10A-10D sketches for the additive manufacturing of filigree structures.
Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass eine Positionierung des Energiestrahls auf einem Pulverbett einer additiven Fertigungseinrichtung aufgeteilt wer den kann in a) eine mechanische Ablenkung mittels einer oder mehrerer trägen Achsen, die eine niedrige Beschleunigung mit einer üblicherweise großen Bewegungsreichweite aufweisen, und b) eine optische Ablenkung mittels einer oder mehrerer dynamischen Achsen, die eine höhere Beschleunigung mit einer üblicherweise kleineren Bewegungsreichweite aufweisen. Aspects described herein are based in part on the recognition that positioning of the energy beam on a powder bed of an additive manufacturing facility can be divided into a) mechanical deflection by means of one or more inertial axes exhibiting low acceleration with a typically large range of motion, and b) an optical deflection using one or more dynamic axes that have a higher acceleration with a usually smaller range of motion.
Eine Ablenkung um träge Achsen erfolgt bei der additiven Fertigung üblicherweise durch Positionieren von Spiegeln in einer Scannereinrichtung und wird hierin als mechanische Ab lenkung bezeichnet. Scannereinrichtungen werden z.B. mit Scangeschwindigkeiten im Prozess von einigen Hundert Millimeter pro Sekunde betrieben, mit maximalen Scangeschwindigkeit in der Größenordnung von m/s (beispielsweise bis zu 30 m/s). So weisen Galvoscanner Scan geschwindigkeiten von z.B. 1 m/s bis zu 30 m/s auf. Deflection about inertial axes is commonly accomplished in additive manufacturing by positioning mirrors in a scanner assembly and is referred to herein as mechanical deflection. Scanner devices are operated, for example, with in-process scanning speeds of a few hundred millimeters per second, with maximum scanning speeds of the order of m/s (e.g. up to 30 m/s). Galvo scanners have scanning speeds of e.g. 1 m/s up to 30 m/s.
Eine Ablenkung um dynamische schnelle Achsen kann durch Einflussnahme auf optische Ei genschaften von optischen Elementen/Materialien im Strahlengang des Energiestrahls in der Fertigungseinrichtung erfolgen. Dies wird hierin als optische Ablenkung bezeichnet. Sie kann z.B. durch akusto-optische oder elektro-optische Effekte in einem optischen Kristall bewirkt werden. Der optische Kristall wechselwirkt mit dem Energiestrahl und beeinflusst den Strah lengang sehr schnell, dass Wechselzeiten zwischen Strahlpositionen in der Größenordnung von 1 ps und entsprechende Wechselgeschwindigkeiten je nach Sprungweite bis zu einigen E000 m/s (z.B. 10.000 m/s und mehr möglich) werden. Ein Ablenkungswinkel des Energie strahls z.B. mit einem akusto-opti sehen Deflektor (AOD) oder einem elektro-optischen De flektor (EOD) - als Beispiele für einen optischen Festkörper-Deflektor (" optical solid state deflector") - kann durch ein Variieren der akustischen Anregungsfrequenz oder einer angeleg ten Spannung in einem Ablenkungsbereich um einen zentralen Wert eingestellt werden. Ma ximale Scannerbeschleunigungen bei AODs und EODs können bei 160.000 rad/s2 liegen. Je nach Dimensionierung der additiven Fertigungseinrichtung ergeben sich so Scannerbeschleu nigungen von z.B. 80.000 m/s2 (in Abhängigkeit des jeweiligen Arbeitsabstands vom AOD/EOD). A deflection about dynamic fast axes can take place by influencing the optical properties of optical elements/materials in the beam path of the energy beam in the production facility. This is referred to herein as optical deflection. It can be brought about, for example, by acousto-optical or electro-optical effects in an optical crystal. The optical crystal interacts with the energy beam and influences the beam path very quickly so that switching times between beam positions are of the order of 1 ps and corresponding switching speeds of up to a few E000 m/s (e.g. 10,000 m/s and more) depending on the jump distance. A deflection angle of the energy beam, for example, with an acousto-opti see deflector (AOD) or an electro-optical De deflector (EOD) - as examples of an optical solid state deflector ("optical solid state deflector") - can by varying the acoustic Excitation frequency or an applied voltage can be set in a deflection range around a central value. Ma ximum scanner accelerations at AODs and EODs can be at 160,000 rad / s 2. je Depending on the dimensioning of the additive manufacturing facility, this results in scanner accelerations of, for example, 80,000 m/s 2 (depending on the respective working distance from the AOD/EOD).
Die hierin vorgeschlagene Aufteilung bei der Ablenkung eines Energiestrahls kann Bestrah lungskonzepte ermöglichen, mit denen Nachteile vermieden werden, die u.a. bei Bewegungen mit starken Richtungsänderungen mittels einer rein mechanischen Ablenkung auftreten kön nen. Siehe unter anderem die beispielhaften Erläuterungen eines eckigen Bestrahlungspfads in Zusammenhang mit den Figuren 7A bis 8. The division proposed here for the deflection of an energy beam can enable irradiation concepts with which disadvantages can be avoided which, among other things, can occur in the case of movements with sharp changes in direction by means of a purely mechanical deflection. See, inter alia, the exemplary explanations of an angular irradiation path in connection with FIGS. 7A to 8.
Ferner haben die Erfinder erkannt, dass die dynamische (schnelle) Achse ferner dazu verwen det werden kann, die Position des Energiestrahls sprunghaft zu verlagern. Dadurch wird es z.B. möglich, dass bei der Fertigung von sich verjüngenden Strukturen Segmente des Bestrah lungspfads immer in Richtung der Verjüngung abgetastet werden können. Siehe unter ande rem die beispielhaften Erläuterungen eines eckigen Bestrahlungspfads in Zusammenhang mit Fig. 7B. Furthermore, the inventors have recognized that the dynamic (fast) axis can also be used to step the position of the energy beam. This makes it possible, for example, to always scan segments of the irradiation path in the direction of the taper when manufacturing tapering structures. See, inter alia, the exemplary explanations of an angular radiation path in connection with FIG. 7B.
Ferner haben die Erfinder erkannt, dass die Möglichkeit einer instantanen sprunghaften opti schen Ablenkung es allgemein erlauben kann, einen Energieeintrag mit dem Energiestrahl (z.B. einen Leistungswert eines Laserstrahls) zu verwenden, der über einem Grenzwert liegt, wie er üblicherweise für ein Pulvermaterialtyp (bestimmt durch u.a. eine Korngrößenvertei lung und eine chemische Zusammensetzung des Pulvermaterials) bei einer kontinuierlichen Abtastung mit einem Strahl durchmesser bei vorgegebener Abtastgeschwindigkeit und zu er zeugender Bauteilgeometrie gegeben ist. Furthermore, the inventors have recognized that the possibility of an instantaneous, erratic optical deflection can generally make it possible to use an energy input with the energy beam (e.g. a power value of a laser beam) that is above a limit value, as is usually the case for a powder material type (determined by Among other things, a grain size distribution and a chemical composition of the powder material) given a continuous scanning with a beam diameter at a given scanning speed and the component geometry to be generated.
Hierzu kann mit der durch die optische Ablenkung bereitgestellten dynamischen (schnellen) Achse eine Belichtung „räumlich lokal“ in einer Art Pulsbetrieb vorgenommen werden. Auf diese Weise können insbesondere filigrane Bauteile und Abschnitte mit schlechter Wärmeab leitung (beispielsweise im Bereich von Überhängen oder spitzen Strukturen) mit dem „räum lich lokal gepulsten“ Energiestrahl belichtet werden, wodurch eine bessere Bauteil qualität erreicht werden kann. Eine derartig „räumlich lokal gepulste“ Bestrahlung mit einem kontinu ierlichen Energiestrahl (z.B. einem cw-Laserstrahl) kann die Produktivität des additiven Ferti gungsprozesses insbesondere im Vergleich zu einer Fertigung mit einem gepulsten Laserstrahl erhöhen. Mit einer „räumlich lokal gepulsten“ Bestrahlung können z.B. zwei oder mehr gepulst zu be arbeitende Abschnitte bearbeitet werden, die innerhalb der (kleinen) Bewegungsreichweite der optischen Ablenkung (z.B. bei einem akusto-opti sehen Deflektor bis zu einigen Millimetern oder sogar Zentimetern je nach Position desselben im Strahlengang) liegen. Z.B. kann ein Punkt in einem ersten Abschnitt belichtet werden; dann kann ein Sprung in einen zweiten (an deren) Abschnitt durchgeführt werden und dort ein Punkt belichtet werden; anschließend kann wieder nach einem Sprung zurück in den (ursprünglichen) ersten Abschnitt ein weiterer Punkt, angrenzend oder beabstandet an den ersten Punkt, belichtet werden. Mit anderen Worten wer den räumlich nicht-aneinander angrenzende Strahlpositionen eines Bestrahlungspfads zeitlich aufeinanderfolgend eingenommen. For this purpose, the dynamic (fast) axis provided by the optical deflection can be used for “spatially local” exposure in a kind of pulse mode. In this way, delicate components and sections with poor heat dissipation (e.g. in the area of overhangs or pointed structures) can be exposed to the “spatially locally pulsed” energy beam, which means that better component quality can be achieved. Such a “spatially locally pulsed” irradiation with a continuous energy beam (e.g. a cw laser beam) can increase the productivity of the additive manufacturing process, especially in comparison to manufacturing with a pulsed laser beam. With "spatially locally pulsed" irradiation, for example, two or more sections to be pulsed can be processed that are within the (small) movement range of the optical deflection (e.g. with an acousto-optical deflector up to a few millimeters or even centimeters depending on the position of the same in the beam path). For example, a point can be exposed in a first section; then a jump can be made to a second (another) section and a point can be exposed there; subsequently, after a jump back into the (original) first section, another point, adjacent to or at a distance from the first point, can be exposed. In other words, the beam positions of an irradiation path that are not spatially adjacent to one another are occupied consecutively in time.
Siehe hierzu unter anderem die beispielhaften Erläuterungen zum Springen entlang eines Be strahlungspfads (erläutert in Zusammenhang mit Fig. 5B), zum Springen innerhalb eines oder zwischen mehreren Hatches (Bestrahlungszonen) (erläutert in Zusammenhang mit Fig. 6) und zum Springen bei einem eckig ausgebildeten Abschnitt eines Bestrahlungspfads (erläutert in Zusammenhang mit Fig. 7C). See, inter alia, the exemplary explanations for jumping along a radiation path (explained in connection with FIG. 5B), for jumping within one or between several hatches (irradiation zones) (explained in connection with FIG. 6) and for jumping with an angular hatch Section of a radiation path (explained in connection with FIG. 7C).
Ferner kann bei Verwendung der optischen Ablenkung eine Verbreiterung des mechanisch abgescannten Bereichs bewirkt werden. Hierzu kann die optische Ablenkung lateral bezüglich einer Hauptabtastrichtung des Energiestrahls auf dem Pulverbett erfolgen, wobei die Hauptab tastrichtung durch die mechanische Ablenkung gegeben ist. Optional kann die laterale Ablen kung auch hierbei thermische Aspekte der Überhitzung berücksichtigen, wie sie in Zusam menhang mit den Figuren 9A und 9B erläutert werden. Furthermore, when using the optical deflection, a broadening of the mechanically scanned area can be brought about. For this purpose, the optical deflection can take place laterally with respect to a main scanning direction of the energy beam on the powder bed, the main scanning direction being given by the mechanical deflection. Optionally, the lateral deflection can also take into account thermal aspects of overheating, as explained in connection with FIGS. 9A and 9B.
Schließlich können die hierin offenbarten Konzepte bei der additiven Fertigung einer filigra nen Struktur eines Bauteils verwendet werden, die beispielsweise in der Größenordnung des durch die optische Ablenkung bereitgestellten Strahlbereichs liegen. Dabei kann die mechani sche Ablenkung optional ergänzt um die optische Ablenkung für gröbere, größere, insbeson dere flächige Strukturen verwendet werden. In einigen Ausführungsformen können filigrane Strukturen, insbesondere abgeschlossene Strukturabschnitte, allein durch Ansteuerung der Ablenkeinrichtung und Erzeugen eines lokalen Strahlprofils - gebildet mittels einer nahezu gleichzeitigen Beleuchtung mehrere Strahlpositionen im Strahlbereich der optischen Ablen kung - an einer festgehaltenen Bestrahlungsposition erzeugt werden, ohne dass die Scanner- einrichtung angesteuert wird, insbesondere in dem durch geeignete Ansteuerung der Ablenk einrichtung ein Strahlprofil in der Form des auszubildenden Strukturabschnitts erzeugt wird. Das Abscannen filigraner Strukturen mit einem Energiestrahl wird in Zusammenhang mit den Figuren lOAbis 10D erläutert. Finally, the concepts disclosed herein can be used in the additive manufacturing of a filigree structure of a component, which is, for example, of the order of magnitude of the beam area provided by the optical deflection. The mechanical deflection can optionally be supplemented by the optical deflection for coarser, larger, in particular flat structures. In some embodiments, filigree structures, in particular closed structure sections, can be generated at a fixed irradiation position simply by controlling the deflection device and generating a local beam profile - formed by means of an almost simultaneous illumination of several beam positions in the beam area of the optical deflection - without the scanner device is controlled, in particular in which a beam profile is generated in the form of the structural section to be formed by suitable control of the deflection device. The scanning of filigree structures with an energy beam is explained in connection with FIGS. 10A to 10D.
Für die Umsetzung der vorausgehend angesprochenen und nachfolgend beispielhaft in Zu sammenhang mit den Figuren erläuterten Konzepte kann zusätzlich zu einer konventionellen Scannereinrichtung ein optischer Deflektor im Strahlengang des Energiestrahls eingebaut werden. Eine Strahlablenkung mit dem optischen Deflektor kann in die Maschinensteuerung der Fertigungseinrichtung als weiterer Parameter für die additive Fertigung integriert werden. Mit einer solchen Kombination einer mechanischen Ablenkung (z.B. Galvoscanner) für eine Positionierung/Verfahren/Verlagem des Energiestrahls über große Wegstrecken und einer optische Ablenkung (z.B. akusto-opti scher Deflektor) für eine sehr schnelle Positionierung ohne Zeitverlust innerhalb eines lokal begrenzten Bereiches (Strahlbereichs der optischen Ab lenkung) kann eine flexible Steuerung des räumlichen und zeitlichen Energieeintrags ohne Zeitverlust zwischen mehreren Wechselwirkungszonen realisiert werden. Insbesondere für einen kontinuierlichen Energiestrahl/cw-Laserstrahl ermöglicht das Schalten von Strahlpositi onen mit einer optischen Ablenkeinrichtung (AOD/EOD), dass eine höhere Energie des Ener giestrahls/Leistung des cw-Laserstrahls in das Pulvermaterial eingebracht werden kann. In addition to a conventional scanner device, an optical deflector can be installed in the beam path of the energy beam for the implementation of the concepts discussed above and explained below by way of example in connection with the figures. A beam deflection with the optical deflector can be integrated into the machine control of the manufacturing facility as a further parameter for additive manufacturing. With such a combination of a mechanical deflection (e.g. galvo scanner) for positioning/moving/moving the energy beam over large distances and an optical deflection (e.g. acousto-optical deflector) for very fast positioning without loss of time within a locally limited area (beam area of the optical deflection) a flexible control of the spatial and temporal energy input can be realized without loss of time between several interaction zones. In particular, for a continuous energy beam/cw laser beam, switching beam positions with an optical deflector (AOD/EOD) enables a higher energy of the energy beam/power of the cw laser beam to be introduced into the powder material.
Fig. 1 zeigt eine Fertigungseinrichtung 1 zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial 2. Die Fertigungseinrichtung 1 umfasst eine Strahlerzeugungseinrichtung 3, die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energie strahls 5, eine Scannereinrichtung 7, die eingerichtet ist, um den Energiestrahl 5 innerhalb eines Arbeitsbereichs 9, üblicherweise gegeben durch die Ausmaße eines Pulverbetts der Ferti gungseinrichtung, an eine Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11 zu verlagern (mechani sche Ablenkung), um mittels des Energiestrahls 5 ein Bauteil 4 aus dem in dem Arbeitsbereich 9 angeordneten Pulvermaterial 2 herzustellen, eine Ablenkeinrichtung 13, die eingerichtet ist, um den Energiestrahl 5 ausgehend von einer Bestrahlungsposition 11 der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11 innerhalb eines Strahlbereichs 15 - insbesondere sprunghaft - an eine Mehrzahl von Strahlpositionen 17 im Strahlbereich 15 zu verlagern (optische Ablenkung), und eine Steuereinrichtung 19, die mit der Ablenkeinrichtung 13, sowie optional der Strah lerzeugungseinrichtung 3 und der Scannereinrichtung 7, wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Ablenkeinrichtung 13 anzusteuern, um die für die Herstellung des Bauteils 4 benötig ten Strahlpositionen des Strahlbereichs 15 (mit dem Energiestrahl 5) einzunehmen. 1 shows a manufacturing device 1 for the additive manufacturing of components from a powder material 2. The manufacturing device 1 comprises a beam generating device 3, which is set up to generate an energy beam 5, a scanner device 7, which is set up to scan the energy beam 5 within a working area 9, usually given by the dimensions of a powder bed of the production device, to a plurality of irradiation positions 11 (mechanical deflection) in order to produce a component 4 from the powder material 2 arranged in the working area 9 by means of the energy beam 5, a deflection device 13, which is set up to move the energy beam 5 starting from one irradiation position 11 of the plurality of irradiation positions 11 within a beam region 15 - in particular abruptly - to a plurality of beam positions 17 in the beam region 15 (optical deflection), and a control device 19, which is operatively connected to the deflection device 13, and optionally to the beam generating device 3 and the scanner device 7, and set up to control the deflection device 13 in order to determine the beam positions of the beam area 15 required for the production of the component 4 (with the energy beam 5) to take.
Die Fertigungseinrichtung 1 ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintem und/oder zum selektiven Laserschmelzen im Rahmen der additiven Fertigung von Bauteilen. In Fig. 1 ist das bereits teilweise gefertigte Bauteil 4 angedeutet, wobei bereits verfestigte Schichten vom Pulvermaterial 2 im Pulverbett verdeckt sind. The production facility 1 is preferably set up for selective laser sintering and/or for selective laser melting as part of the additive manufacturing of components. In Fig. 1, the already partially manufactured component 4 is indicated, already solidified layers of powder material 2 are covered in the powder bed.
Die Fertigungseinrichtung 1 stellt üblicherweise in einem abgeschlossenen Gehäuse (nicht gezeigt) eine Arbeitsfläche bereit, die den Arbeitsbereich 9 sowie optional einen Pulvervor ratsbereich umfasst. Für einen (schichtweisen) Aufbau des Bauteils 4 mit dem Energiestrahl 5 wird im Arbeitsbereich 9 das Pulvermaterial 2 sequentiell/schichtweise aufgetragen. Um das Pulvermaterial 2 lokal zu verfestigen, wird das Pulvermaterial 2 in dem Arbeitsbereich 9 mit dem Energiestrahl 5 lokal beaufschlagt, um - Schicht für Schicht - das Bauteil 4 herzustellen. Insbesondere wird eine Schicht des Bauteils 4 geformt, indem der (kontinuierliche) Energie strahl 5 entlang eines durch eine Abfolge von Strahlpositionen 17 ausgebildeten Bestrah lungspfads 101 verlagert wird. Der Bestrahlungspfad 101 ist derart ausgelegt, dass im Ar beitsbereich 9 der Fertigungseinrichtung 1 das Pulvermaterial 2 einer Pulverschicht gemäß der Geometrie des Bauteils 4 verfestigt wird. The production facility 1 usually provides a work surface in a closed housing (not shown), which includes the work area 9 and optionally a powder storage area. For a (layered) construction of the component 4 with the energy beam 5 , the powder material 2 is applied sequentially/layered in the work area 9 . In order to solidify the powder material 2 locally, the energy beam 5 is applied locally to the powder material 2 in the work area 9 in order to produce the component 4 layer by layer. In particular, a layer of the component 4 is formed by displacing the (continuous) energy beam 5 along an irradiation path 101 formed by a sequence of beam positions 17 . The irradiation path 101 is designed in such a way that the powder material 2 of a powder layer is solidified in accordance with the geometry of the component 4 in the work area 9 of the production facility 1 .
Die Lage einer Strahlposition 17, an der der Energiestrahl 5 auf den Arbeitsbereich 9 trifft, ergibt sich aus den vorgenommenen Einstellungen der mechanischen Ablenkung und der opti schen Ablenkung. Man kann der mechanischen Ablenkung eine Bestrahlungsposition 11 zu ordnen, von der aus die optische Ablenkung betrachtet werden kann. Üblicherweise spannen die Bestrahlungspositionen 11 den Arbeitsbereich 9 (im Wesentlichen) auf. Ausgehend von einer vorgegebenen Bestrahlungsposition 11 spannen die sich ergebenden möglichen Strahl positionen 17 den Strahlbereich 15 auf. D.h., der Energiestrahl 5 kann um jede der Bestrah lungspositionen 11 innerhalb eines entsprechenden Strahlbereichs 15 verlagert werden, wobei Bestrahlungspositionen 11 als Ausgangspunkte für entsprechende Strahlbereiche 15 üblicher weise im gesamten Arbeitsbereich 9 eingestellt werden können. Der Strahlbereich 15 weist eine flächenmäßige Ausdehnung auf, die größer ist als ein auf den Arbeitsbereich 9 projizier ter Querschnitt des Energiestrahls 5. Der Strahlbereich 15 ist sehr viel kleiner als der Arbeits- bereich 9. Insbesondere weist der Strahlbereich 15 bevorzugt eine Längenskala im Bereich von wenigen (das heißt, kleiner zehn) Millimetern bis zu wenigen Zentimetern auf, sowie be vorzugt eine flächige Ausdehnung im Bereich von wenigen Quadratmillimetern bis zu weni gen Quadratzentimetern. Der Arbeitsbereich 9 kann dagegen eine Längenskala im Bereich von wenigen Dezimetern bis zu wenigen Metern aufweisen, sowie vorzugsweise eine flächige Ausdehnung im Bereich von wenigen Quadratdezimetem bis zu wenigen Quadratmetern. The position of a beam position 17 at which the energy beam 5 hits the work area 9 results from the settings made for the mechanical deflection and the optical deflection. An irradiation position 11 can be assigned to the mechanical deflection, from which the optical deflection can be observed. The irradiation positions 11 usually span the working area 9 (essentially). Starting from a predetermined irradiation position 11, the resulting possible beam positions 17 span the beam area 15. That is, the energy beam 5 can be shifted around each of the irradiation positions 11 within a corresponding beam area 15, with irradiation positions 11 being able to be set as starting points for corresponding beam areas 15 in the entire work area 9, as is customary. The beam area 15 has a surface area that is larger than a cross section of the energy beam 5 projected onto the work area 9. The beam area 15 is very much smaller than the work area. area 9. In particular, the beam area 15 preferably has a length scale in the range from a few (that is, less than ten) millimeters to a few centimeters, and preferably an areal extent in the range from a few square millimeters to a few square centimeters. The working area 9, on the other hand, can have a length scale in the range from a few decimeters to a few meters, and preferably an areal extent in the range from a few square decimeters to a few square meters.
Mit anderen Worten wird unter einer Bestrahlungsposition 11 insbesondere ein Ort innerhalb des Arbeitsbereichs 9 verstanden, an dem lokal mittels des Energiestrahls 5 Energie in den Arbeitsbereich 9, insbesondere in das dort angeordnete Pulvermaterial 2, deponiert werden kann. Der Energieeintrag bestimmt die jeweilige Wechselwirkungszone und damit einen Auf schmelzbereich des Pulvermaterials 2. Die Scannereinrichtung 7 ist dazu eingerichtet, den Energiestrahl 5 innerhalb des Arbeitsbereichs 9 - angenommen eine Überlagerung einer opti schen Ablenkung liegt nicht vor - entlang eines „mechanischen“ Scanpfads 103 zu verlagern, wobei der mechanische Scanpfad 103 aus einer zeitlichen Abfolge nacheinander mit dem Energiestrahl 5 überstrichener Bestrahlungspositionen 11 besteht. Die einzelnen Bestrah lungspositionen 11 können dabei zueinander beabstandet angeordnet sein, aber auch mitei nander überlappen und ineinander übergehen. In other words, an irradiation position 11 is understood to mean, in particular, a location within the working area 9 at which energy can be deposited locally by means of the energy beam 5 in the working area 9, in particular in the powder material 2 arranged there. The energy input determines the respective interaction zone and thus a melting area of the powder material 2. The scanner device 7 is set up to move the energy beam 5 within the working area 9 - assuming there is no superimposition of an optical deflection - along a "mechanical" scan path 103 , wherein the mechanical scanning path 103 consists of a temporal sequence of irradiation positions 11 swept over one after the other with the energy beam 5 . The individual irradiation positions 11 can be arranged at a distance from one another, but they can also overlap and merge with one another.
Wird die mechanische Ablenkung mit einer optischen Ablenkung überlagert, ergibt sich der Bestrahlungspfad 101, der von der Abfolge von den mit der Scannereinrichtung 7 und der optischen Ablenkeinrichtung 13 eingestellten Strahlpositionen 17 ausgebildet wird. Der sich ergebende Bestrahlungspfad 101 kann ein Pfad sein, der kontinuierlich mit dem Energiestrahl 5 abgetastet wird. Ferner kann der sich ergebende Bestrahlungspfad 101 Pfadsegmente auf- weisen, die jeweils mindestens eine Strahlposition 17 umfassen. Das Abtasten der Pfadseg mente mit dem Energiestrahl 5 kann Sprünge zwischen räumlich beabstandeten Pfadsegmen ten umfassen, wobei die Sprünge mit der optischen Ablenkeinrichtung 13 angesteuert werden. If the mechanical deflection is superimposed with an optical deflection, the result is the irradiation path 101, which is formed by the sequence of the beam positions 17 set with the scanner device 7 and the optical deflection device 13. The resulting irradiation path 101 may be a path that is continuously scanned with the energy beam 5 . Furthermore, the resulting irradiation path 101 can have path segments that each include at least one beam position 17 . The scanning of the path segments with the energy beam 5 can include jumps between spatially spaced path segments, the jumps being controlled with the optical deflection device 13 .
Die Strahlerzeugungseinrichtung 3 - beispielsweise als Dauerstrich-(cw-)Laser ausgebildet - liefert den Energiestrahl 5 für die Pulververschmelzung. Unter einem Energiestrahl wird all gemein gerichtete Strahlung verstanden, die Energie transportieren kann. Hierbei kann es sich allgemein um Teilchenstrahlung oder Wellenstrahlung handeln. Insbesondere propagiert der Energiestrahl entlang einer Propagationsrichtung durch den physikalischen Raum und trans portiert dabei Energie entlang seiner Propagationsrichtung. Insbesondere ist es mittels des Energiestrahls möglich, Energie lokal in dem Arbeitsbereich 9 in das Pulvermaterial 2 zu de ponieren. The beam generating device 3--embodied, for example, as a continuous wave (cw) laser--supplies the energy beam 5 for the powder fusion. An energy beam is generally understood to be directed radiation that can transport energy. This can generally involve particle radiation or wave radiation. In particular, the energy beam propagates along a propagation direction through the physical space and transports energy along its propagation direction. In particular, it is by means of the Energy beam possible to pony energy locally in the work area 9 in the powder material 2 to de.
Der Energiestrahl 5 ist hierin allgemein ein optischer Arb eits strahl, der somit mittels der opti schen Ablenkeinrichtung 13 umlenkbar ist. Unter einem optischen Arbeitsstrahl ist insbeson dere gerichtete elektromagnetische Strahlung, kontinuierlich oder gepulst, zu verstehen, die im Hinblick auf ihre Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich geeignet ist zum additiven (generativen) Fertigen des Bauteils 4 aus dem Pulvermaterial 2, insbesondere zum Sintern oder Schmelzen des Pulvermaterials 2. Insbesondere wird unter einem optischen Arbeitsstrahl ein Laserstrahl verstanden, der - bevorzugt kontinuierlich - auf den Arbeitsbereich 9 einge strahlt wird. Der optische Arbeitsstrahl weist bevorzugt eine Wellenlänge oder einen Wellen längenbereich im sichtbaren elektromagnetischen Spektrum oder im infraroten elektromagne tischen Spektrum oder im Überlappungsbereich zwischen dem infraroten Bereich und dem sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums auf. The energy beam 5 is here generally an optical working beam, which can thus be deflected by means of the optical deflection device 13 . An optical working beam is to be understood in particular as directed electromagnetic radiation, continuous or pulsed, which is suitable in terms of its wavelength or a wavelength range for the additive (generative) manufacturing of the component 4 from the powder material 2, in particular for sintering or melting the powder material 2. In particular, an optical working beam is understood as a laser beam, which is radiated onto the work area 9, preferably continuously. The optical working beam preferably has a wavelength or a wavelength range in the visible electromagnetic spectrum or in the infrared electromagnetic spectrum or in the overlap region between the infrared range and the visible range of the electromagnetic spectrum.
Zusammenfassend umfasst ein Strahlführungssystem der Fertigungseinrichtung 1 zur Führung des Energiestrahls 5 zum Pulverbett somit für eine mechanisch-induzierte Ablenkung des Energiestrahls 5 die Scannereinrichtung 7. Bei der Scannereinrichtung 7 kann z.B. über eine Drehung von Spiegeln (mittels zum Beispiel einem Galvoscanner) eine Ablenkung des Ener giestrahls 5 (hier z.B. des Laserstrahls) bewirkt werden. Die mechanische Ablenkung kann zum Abtasten eines Bestrahlungspfads 101 zur Belichtung einer Pulverschicht alleine (Scan pfad 103) oder in Kombination mit einer optischen Ablenkung eingesetzt werden. In summary, a beam guidance system of the production device 1 for guiding the energy beam 5 to the powder bed thus for a mechanically-induced deflection of the energy beam 5 comprises the scanner device 7. In the scanner device 7, for example, a rotation of mirrors (by means of a galvo scanner, for example) can deflect the energy giestrahls 5 (here, for example, the laser beam) are effected. The mechanical deflection can be used alone (scan path 103) or in combination with an optical deflection for scanning an irradiation path 101 for the exposure of a powder layer.
Die Scannereinrichtung 7 weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere Galvano meter-Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf. Derartige Scannerein richtungen sind bekannt und in besonderer Weise dazu geeignet, den Energiestrahl 5 innerhalb des Arbeitsbereichs 9 zwischen einer Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11 zu verlagern. The scanner device 7 preferably has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner and/or a working head or processing head that can be displaced relative to the work area. Such scanner devices are known and particularly suitable for shifting the energy beam 5 within the working area 9 between a plurality of irradiation positions 11 .
Aufgrund der Massenträgheit eines mechanisch zu bewegenden optischen Elements (z.B. ein Umlenkspiegel) erfolgt eine räumliche Verteilung der Energieeinbringung, die nur mittels einer mechanischen Ablenkung angesteuert wird, träge. Dadurch können Bestrahlungspfade, die allein durch eine mechanische Ablenkung abgetastet werden sollen, z.B. der Scanpfad 103, den additiven Fertigungsprozess der Gefahr einer lokalen Überhitzung der Pulverschmel- ze aussetzen. Es sei angemerkt, dass eine lokale Überhitzung im Falle einer rein mechanischen Ablenkung mit einem Produktivitätsverlust durch Nebenzeiten (eingefügte Verzögerungen im Bestrahlungsprozess) vermeidbar ist. Die hierin vorgeschlagenen Konzepte können diesen Produktivitätsverlust verhindern oder zumindest reduzieren. Due to the mass inertia of an optical element to be moved mechanically (eg a deflection mirror), a spatial distribution of the energy input, which is controlled only by means of a mechanical deflection, takes place sluggishly. As a result, radiation paths that are to be scanned solely by mechanical deflection, e.g. the scan path 103, can reduce the risk of local overheating of the powder melt in the additive manufacturing process. expose ze. It should be noted that local overheating is avoidable in the case of a purely mechanical deflection with a loss of productivity due to idle times (delays introduced in the irradiation process). The concepts proposed herein can prevent or at least reduce this productivity loss.
Erfmdungsgemäß umfasst das Strahlführungssystem der Fertigungseinrichtung 1 zur Führung des Energiestrahls 5 zum Pulverbett ferner die Ablenkeinrichtung 13 für eine optisch induzierte Ablenkung. Die Ablenkeinrichtung 13 ist dazu eingerichtet, den Energiestrahl 5 - bei Annahme einer festgehaltenen Bestrahlungsposition 11 - innerhalb des Strahlbereichs 15 zu verlagern und so an der festgehaltenen Bestrahlungsposition 11 einen bestimmten Bereich - den Strahlbereich 15 - innerhalb des Arbeitsbereichs 9 mit dem Energiestrahl beaufschlagen zu können. Der Strahlbereich 15 ist größer als der auf den Arbeitsbereich 9 projizierte Quer schnitt des Energiestrahls 5. According to the invention, the beam guidance system of the production device 1 for guiding the energy beam 5 to the powder bed also includes the deflection device 13 for an optically induced deflection. The deflection device 13 is set up to displace the energy beam 5 within the beam area 15 - assuming a fixed irradiation position 11 - and thus to be able to apply the energy beam to a specific area - the beam area 15 - within the working area 9 at the fixed irradiation position 11. Beam area 15 is larger than the cross section of energy beam 5 projected onto work area 9.
Da die Scannereinrichtung 7 dazu eingerichtet ist, den Energiestrahl zwischen Bestrahlungs positionen 11 zu verlagern, ermöglicht sie es der Ablenkeinrichtung 13 einen neuen Strahlbe reich 15 um eine andere Bestrahlungsposition, d.h., an einem anderen Ort des Arbeitsbereichs 9, mit dem Energiestrahl 5 zu üb erstreichen. Die Ablenkeinrichtung 13 dient also einer loka len Ablenkung des Energiestrahls 5 ausgehend von einer Bestrahlungsposition 11, während die Scannereinrichtung 7 der globalen Verlagerung des Energiestrahls 5 auf dem Arbeitsbe reich 9 dient. Since the scanner device 7 is set up to move the energy beam between irradiation positions 11, it enables the deflection device 13 to sweep over a new beam area 15 by another irradiation position, ie at a different location in the work area 9, with the energy beam 5 . The deflection device 13 is therefore used for local deflection of the energy beam 5 starting from an irradiation position 11, while the scanner device 7 is used for the global displacement of the energy beam 5 on the work area 9.
Die Ablenkeinrichtung 13 ist insbesondere eingerichtet, um den Energiestrahl 5 sprunghaft an die Mehrzahl von Strahlpositionen 17 im Strahlbereich 15 zu verlagern, wobei es sich bei den Strahlpositionen 17 um diskrete Strahlpositionen handeln kann. Insbesondere ist es möglich, dass aufeinanderfolgend bearbeitete Strahlpositionen 17 voneinander beab standet angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, dass aufeinanderfolgend bearbeitete Strahlpositionen 17 zu mindest bereichsweise miteinander überlappen und ineinander übergehen. Der Energiestrahl 5 wird durch die Ablenkeinrichtung 13 in einigen Ausführungsformen nicht kontinuierlich von Strahlposition zu Strahlposition verlagert, sondern in diskreten Schritten. Ohne Beschränkung und ohne an die Theorie gebunden sein zu wollen, kann für alle praktischen Anwendungszwe cke angenommen werden, dass der Energiestrahl 5 bei einer sprunghaften oder diskreten Ver lagerung von einer ersten Strahlposition zu einer zweiten Strahlposition quasi an der ersten Strahlposition verschwindet und an der zweiten Strahlposition erscheint, insbesondere ohne dazwischenliegende Bereiche zu üb erstreichen. Siehe die Erläuterungen zu den Figuren 3 A bis 3D. Auf diese Weise ist eine sehr schnelle Verlagerung des Energiestrahls 5 innerhalb des Strahlbereichs 15 möglich, und es können vorzugsweise Materialtransportprozesse, die bei einer kontinuierlichen Verlagerung des Energiestrahls 5, insbesondere bei einem hohen Ener gieeintrag, auftreten können, vermieden werden, wodurch die Qualität des entstehenden Bau teils erhöht werden kann. The deflection device 13 is set up in particular to shift the energy beam 5 abruptly to the plurality of beam positions 17 in the beam region 15, it being possible for the beam positions 17 to be discrete beam positions. In particular, it is possible that beam positions 17 processed in succession are arranged at a distance from one another. However, it is also possible for beam positions 17 processed in succession to overlap and merge with one another, at least in certain areas. In some embodiments, the energy beam 5 is not shifted continuously from beam position to beam position by the deflection device 13, but rather in discrete steps. Without restriction and without wanting to be bound to theory, it can be assumed for all practical purposes that the energy beam 5 disappears at a sudden or discrete shift from a first beam position to a second beam position, so to speak, at the first beam position and at the second Beam position appears, especially without to paint the areas in between. See the explanations for Figures 3A to 3D. In this way, a very rapid displacement of the energy beam 5 within the beam area 15 is possible, and material transport processes, which can occur with a continuous displacement of the energy beam 5, in particular with a high energy input, can be avoided, whereby the quality of the resulting Construction can be increased in part.
Beispiele und Erläuterungen zu optischen Deflektoren für eine optisch induzierte Ablenkung eines Laserstrahls werden unter anderem in „Electro-optic and acousto-optic laser beam Scan ners“; Römer G.R.B.E. et al., Physics Procedia 56 (2014) 29 - 39 offenbart. Examples and explanations of optical deflectors for an optically induced deflection of a laser beam are given in "Electro-optic and acousto-optic laser beam scanners"; Romans G.R.B.E. et al., Physics Procedia 56 (2014) 29-39.
Optische Deflektoren umfassen akusto-optische Deflektoren (AOD), die auf der Erzeugung einer periodischen Änderung im Brechungsindex bei der Ausbreitung von Schallwellen in einem optisch transparenten Material des AOD (üblicherweise ein optisch transparenter Kris tall) basieren. Eine optische Ablenkung mit einem schematisch dargestellten AOD 111 sowie ein Wechsel in der akustischen Anregung wird in den Figuren 3 A bis 3C verdeutlicht. Hin sichtlich des am AOD vorliegenden Beugungsverhalten wird ergänzend auf die Fig. 3 in Rö mer et al. verwiesen. So ergibt sich ein von der Laserwellenlänge, dem Brechungsindex des ungestörten Materials, der Frequenz der akustischen Welle und der Geschwindigkeit der akus tischen Welle im Material abhängiger Beugungswinkel der ersten Beugungsordnung. Ein mit der ersten Ordnung abscannbarer Winkelbereich ergibt sich aus der Bandbreite, mit der akus tische Wellen im Material angeregt werden können. Optical deflectors include acousto-optical (AOD) deflectors, which rely on the generation of a periodic change in refractive index as sound waves propagate in an optically transparent material of the AOD (usually an optically transparent crystal). An optical deflection with an AOD 111 shown schematically and a change in the acoustic excitation is illustrated in FIGS. 3A to 3C. With regard to the diffraction behavior present at the AOD, reference is also made to FIG. 3 in Rö mer et al. referred. This results in a diffraction angle of the first diffraction order that is dependent on the laser wavelength, the refractive index of the undisturbed material, the frequency of the acoustic wave and the speed of the acoustic wave in the material. An angular range that can be scanned with the first order results from the bandwidth with which acoustic waves can be excited in the material.
Fig. 3A zeigt schematisch, wie ein einfallender Laserstrahl 113 - bevorzugt unter einem Ein fallswinkel im Bereich des Brewster-Winkels - auf den AOD 111, insbesondere auf einem Durchtrittsbereich des AOD 111, einfällt. Aufgrund einer akustischen Anregung an der Ober seite des AOD 111 (z.B. mit einem Anreger 112 zum Erzeugen akustischer Wellen im Materi al) bildet sich eine gitterartige Struktur 115A (Brechungsindex-Modulation, akusto-optisches Beugungsgitter) im AOD 111 aus. Diese wird durch eine Anregungswellenlänge lΐ gekenn zeichnet. Der einfallende Laserstrahl 113 wird an der gitterartigen Struktur 115A gebeugt, sodass neben einem (möglichst intensitätsarmen) ungebeugten Strahl 117 nullter Ordnung ein (möglichst intensitätsstarker) gebeugter Laserstrahl 119A erster Ordnung den AOD 111 unter einem der Wellenlänge lΐ zugeordneten Ablenkwinkel al den AOD, insbesondere den Durchtrittsbereich des AOD 111, verlässt. Der Laserstrahl 119A erster Ordnung würde in der Anordnung der Fig. 1 der Scannereinrich tung 7 zugeführt und an einem Ort xl von oben kommend auf dem Pulverbett auftreffen, wo bei die Ablenkung im AOD (d.h., der eingestellte Ablenkwinkel al der ersten Ordnung) die finale Position auf dem Pulverbett mitbestimmt. Entsprechend findet am Ort xl der Energie eintrag statt, wie es eine schematische Intensitätsverteilung I(x) 121 A zeigt. 3A shows schematically how an incident laser beam 113—preferably at an angle of incidence in the Brewster angle—is incident on the AOD 111, in particular on a passage region of the AOD 111. A grid-like structure 115A (refractive index modulation, acousto-optical diffraction grating) forms in the AOD 111 due to an acoustic excitation on the upper side of the AOD 111 (eg with an exciter 112 for generating acoustic waves in the material). This is characterized by an excitation wavelength lΐ marked. The incident laser beam 113 is diffracted at the lattice-like structure 115A, so that in addition to a (possibly low-intensity) undiffracted zero-order beam 117, a (possibly high-intensity) diffracted first-order laser beam 119A deflects the AOD 111 at a wavelength lΐ associated deflection angle al the AOD, in particular the Transit area of the AOD 111, leaves. The laser beam 119A of the first order would be fed to the arrangement of FIG. 1 of the scanner device 7 and would impinge on the powder bed at a location xl coming from above, where the deflection in the AOD (ie the set deflection angle al of the first order) would be the final Position on the powder bed also determined. Accordingly, the energy input takes place at location xl, as a schematic intensity distribution I(x) 121 A shows.
Wird die Wellenlänge der anregenden Schallwelle kontinuierlich oder diskret variiert, ändert sich der Winkel der ersten Beugungsordnung und damit die Position des Laserstrahls 119A. Durch Variieren der Wellenlänge der angeregten Schallwelle kann eine ansteuerbare Ablen kung des gebeugten Strahls vorgenommen werden; d.h., eine angestrebte Ziel-Position des Energieeintrags kann auf dem Pulverbett eingestellt werden. If the wavelength of the exciting sound wave is varied continuously or discretely, the angle of the first diffraction order changes and thus the position of the laser beam 119A. By varying the wavelength of the excited sound wave, a controllable deflection of the diffracted beam can be made; i.e. a desired target position of the energy input can be set on the powder bed.
Mit anderen Worten führt eine Umstellung der akustischen Wellenlänge zu einem Ersetzen der ersten akustischen Welle mit einer zweiten akustischen Welle im AOD. Schallgeschwin digkeiten in Festkörpern liegen z.B. in der Größenordnung von 1000 m/s oder einigen 1000 m/s (abhängig u.a. von der Härte des Kristalls). Soll eine erste akustische Welle (mit einer ersten Wellenlänge) in z.B. einem Kristall des AOD vollständig durch eine zweite akustische Welle (mit einer zweiten Wellenlänge) ersetzt werden, muss die erste akustische Welle zuvor vollständig aus dem Kristall herauslaufen, sodass sie (möglichst zeitgleich) durch die zweite akustische Welle ersetzt werden kann. Angenommen der Kristall wirkt auf einen Energiestrahl mit einem Durchmesser von ca. 1 cm, so durchläuft die akustische Welle diese Strecke in we nigen Mikrosekunden, z.B. ca. 3 ps. Nach dieser Zeitdauer erfolgt die Wechselwirkung mit der zweiten akustischen Welle. Allgemein wird diese Zeit umso größer, je größer und weicher der Kristall ist und umso kleiner, je kleiner und härter das Material des AOD ist. Während des Wechsels von der ersten akustischen Welle zur zweiten akustischen Welle kann vorüberge hend an beiden sich ergebenden gitterartigen Struktur in die entsprechenden ersten Ordnungen Energie (der Laserstrahl) gebeugt werden. Ein Umschalten zwischen akustischen Wellen und damit eine Ablenkung des Energiestrahls an unterschiedliche Orte (d.h., ein Umschalten der Ablenkung von einem ersten in einen zweiten Winkel) kann allgemein im Megahertz- Zeitskalenbereich erfolgen. In other words, changing the acoustic wavelength results in replacing the first acoustic wave with a second acoustic wave in the AOD. Sound velocities in solids are, for example, of the order of 1000 m/s or several 1000 m/s (depending on the hardness of the crystal, among other things). If a first acoustic wave (with a first wavelength) in e.g. a crystal of the AOD is to be completely replaced by a second acoustic wave (with a second wavelength), the first acoustic wave must first run out of the crystal so that it (if possible at the same time) can be replaced by the second acoustic wave. Assuming the crystal acts on an energy beam with a diameter of about 1 cm, the acoustic wave travels this distance in a few microseconds, e.g. about 3 ps. After this period of time, the interaction with the second acoustic wave takes place. In general, this time increases the larger and softer the crystal is and the smaller the smaller and harder the material of the AOD. During the changeover from the first acoustic wave to the second acoustic wave, energy (the laser beam) can be diffracted into the corresponding first orders transiently at both resulting grating-like structures. Switching between acoustic waves and thereby deflecting the energy beam to different locations (i.e. switching the deflection from a first to a second angle) can generally occur on the megahertz time scale.
Die Figuren 3B und 3C verdeutlichen einen sprunghaften Positionswechsel mithilfe des AOD 111. Dazu wird eine Änderung der anregenden Schallwelle auf eine Wellenlänge l2 (gitterar- tige Struktur 115B, Ablenkwinkel a2 des Laserstrahls 119B der ersten Ordnung, Ort x2 des Energieeintrags auf dem Pulverbett) vorgenommen. Die Änderung der anregenden Schallwel le bewirkt entsprechend eine Positionsänderung des gebeugten Laserstrahls 119B um eine diskrete Strecke Dc (“x2-xl“). Figures 3B and 3C illustrate a sudden change in position using the AOD 111. For this purpose, a change in the exciting sound wave to a wavelength l2 (lattice-ar- term structure 115B, deflection angle a2 of the laser beam 119B of the first order, location x2 of the energy input on the powder bed). The change in the exciting sound wave causes a corresponding change in position of the diffracted laser beam 119B by a discrete distance Dc (“x2-xl”).
In Fig. 3B erkennt man einen Übergang 123 zwischen den Brechungsindex-Modulationen im AOD, wobei der Übergang 123 bereits von der Oberseite ausgehend bis zur Mitte des AOD 111 gewandert ist. Zu diesem Zeitpunkt trifft die eine Hälfte des einfallenden Laserstrahls 113 auf die Brechungsindex-Modulation mit Wellenlänge lΐ und die andere Hälfte auf die Bre- chungsindex-Modulation mit Wellenlänge l2. Entsprechend zeigt eine schematische Intensi tätsverteilung I(x) 121B gleiche Intensitäten/Energieeinträge für die gebeugten Laserstrahlen 119A und 119B an den jeweiligen Orten xl und x2. A transition 123 between the refractive index modulations in the AOD can be seen in FIG. 3B, the transition 123 having already migrated from the upper side to the middle of the AOD 111 . At this point in time, one half of the incident laser beam 113 hits the refractive index modulation with wavelength lΐ and the other half hits the refractive index modulation with wavelength l2. Correspondingly, a schematic intensity distribution I(x) 121B shows the same intensities/energy inputs for the diffracted laser beams 119A and 119B at the respective locations x1 and x2.
Hat sich, wie in Fig. 3C gezeigt, die Brechungsindex-Modulation mit Wellenlänge l2 über den gesamten AOD 111 ausgebildet, wird die maximale Intensität des Laserstrahls 119B am Ort x2 auf das Pulverbett treffen (siehe Intensitätsverteilung I(x) 121C). If, as shown in FIG. 3C, the refractive index modulation with wavelength l2 has developed over the entire AOD 111, the maximum intensity of the laser beam 119B will hit the powder bed at location x2 (see intensity distribution I(x) 121C).
Man erkennt an den Intensitätsverteilung I(x) 121 A bis 121C den Vorteil bei der Strahlverla gerung mit einem AOD; im Beispiel verwirklicht die Strahl Verlagerung den bereits angespro chenen Fall, dass ein Bereich zwischen Anfangsposition (hier der Ort xl) und Endposition (hier der Ort x2) dem Laserstrahl nicht ausgesetzt wird, da die periodischen Änderungen im Brechungsindex im Wesentlichen ohne Ausbildung eines beugenden Übergangsverhaltens zeitlich ineinander übergehen. Entsprechend beschränkt sich der Energieeintrag auf die An fangsposition und die Endposition; dies entspricht einem sprunghaften Wechsel in der opti schen Ablenkung. The advantage of beam displacement with an AOD can be seen from the intensity distribution I(x) 121A to 121C; In the example, the beam displacement realizes the case already mentioned, that an area between the starting position (here the location xl) and the end position (here the location x2) is not exposed to the laser beam, since the periodic changes in the refractive index essentially without the formation of a diffractive transient behavior merge in time. Accordingly, the energy input is limited to the initial position and the end position; this corresponds to a sudden change in the optical deflection.
Optische Deflektoren umfassen ferner elektro-optische Deflektoren (EOD), deren Ablenkung auf Brechung beim Durchgang eines optisch transparenten Materials basiert. Fig. 4 zeigt schematisch eine einstellbare optische Ablenkung mit einem EOD 131, wobei das optisch transparente Material des EOD 131 im Brechungsindex oder in einem Brechungsindexgradi enten durch Anlegen einer Spannung einstellbar ist. In Abhängigkeit der angelegten Spannung variiert die Ablenkung eines Laserstrahls 133, der auf den EOD 131 bevorzugt wieder im Brewster-Winkel einfällt und aus diesem unter einem entsprechend einstellbaren Ablenkwin kel austritt. Ein so abgelenkter Laserstrahl 133A könnte in der Anordnung der Fig. 1 der Scannereinrichtung 7 zugeführt werden. Eine Spannungsquelle 135 ermöglicht eine präzise Einstellung der Spannung, die beispielsweise in Fig. 4 zwischen Ober- und Unterseite des den EOD 131 bildenden prismenförmigen Kristalls anliegt. In Abhängigkeit der eingestellten Spannung kann der Brechungsindex oder der Brechungsindexgradient und damit die optische Ablenkung eingestellt werden. Hinsichtlich des am EOD vorliegenden Brechungsverhaltens wird ergänzend auf Fig. 2 in Römer et al. verwiesen. Optical deflectors also include electro-optical deflectors (EOD) whose deflection is based on refraction upon passage of an optically transparent material. 4 schematically shows an adjustable optical deflection with an EOD 131, the optically transparent material of the EOD 131 being adjustable in terms of the refractive index or in a refractive index gradient by applying a voltage. Depending on the voltage applied, the deflection of a laser beam 133 varies, which preferably falls back on the EOD 131 at the Brewster angle and exits from it at a correspondingly adjustable deflection angle. A laser beam 133A deflected in this way could, in the arrangement of FIG Scanner device 7 are supplied. A voltage source 135 enables precise adjustment of the voltage which is present between the top and bottom of the prism-shaped crystal forming the EOD 131 in FIG. 4, for example. Depending on the voltage set, the refractive index or the refractive index gradient and thus the optical deflection can be set. With regard to the refraction behavior present at the EOD, reference is also made to Fig. 2 in Römer et al. referred.
Sowohl AODs als auch EODs können die hierin als optische Ablenkung bezeichnete Ablen kung eines Laserstrahls bewirken, die schnell, d.h., bezüglich des Pulververschmelzungspro zesses in der additiven Fertigung quasi in Echtzeit, eingestellt werden kann. Both AODs and EODs can provide the deflection of a laser beam, referred to herein as optical deflection, which can be adjusted quickly, i.e., in near real-time relative to the powder fusion process in additive manufacturing.
Wieder bezugnehmend auf Fig. 1 unterscheiden sich die Scannereinrichtung 7 und die opti sche Ablenkeinrichtung 13 neben dem Ausmaß der vornehmbaren Ablenkung auch bezüglich der Zeitskala, auf welcher eine Ablenkung des Energiestrahls 5 erfolgt: Insbesondere erfolgt die Ablenkung des Energiestrahls 5 durch die optische Ablenkeinrichtung innerhalb des Strahlbereichs 15 bevorzugt auf einer kürzeren, insbesondere sehr viel kürzeren, Zeitskala als die Ablenkung innerhalb des Arbeitsbereichs 9 durch die Scannereinrichtung 7, das heißt, sehr viel schneller als der Wechsel von einer Bestrahlungsposition zur nächsten Bestrahlungsposi tion. Vorzugsweise ist die Zeitskala, auf welcher der Energiestrahl durch die Ablenkeinrich tung abgelenkt werden kann (z.B. Springen über ein maximales Ausmaß des Strahlbereichs, d.h. von z.B. „-5 mm“ bis „+5 mm“, innerhalb einer Mikrosekunde entsprechend einer Ge schwindigkeit von 10.000 m/s; allgemein ein quasi instantanes Springen von einem beliebigen Punkt im Strahlbereich zu einem beliebigen anderen Punkt im Strahlbereich), um einen Faktor von 10 bis 10000, vorzugsweise von 20 bis 200, vorzugsweise von 40 bis 100, oder mehr, kleiner als die Zeitskala, auf der eine Ablenkung des Energiestrahls durch die Scannereinrich tung erfolgt. Referring again to Fig. 1, the scanner device 7 and the optical deflection device 13 differ not only in the extent of the deflection that can be carried out, but also with regard to the time scale on which the energy beam 5 is deflected: In particular, the energy beam 5 is deflected by the optical deflection device within the Beam area 15 preferably on a shorter, in particular much shorter, time scale than the deflection within the working area 9 by the scanner device 7, that is, much faster than changing from one irradiation position to the next irradiation position. Preferably, the time scale on which the energy beam can be deflected by the deflection device (e.g. jumping over a maximum extent of the beam area, ie from e.g. "-5 mm" to "+5 mm", within one microsecond corresponds to a speed of 10,000 m/s; generally a quasi-instantaneous jumping from any point in the beam area to any other point in the beam area) by a factor of 10 to 10000, preferably 20 to 200, preferably 40 to 100, or more, smaller than that Time scale on which the energy beam is deflected by the scanner device.
Die Steuereinrichtung 19 ist dazu eingerichtet, die Bewegung des Auftreffpunkts des Energie strahls 5 auf dem Pulverbett gemäß einer vorgegebenen Bestrahlungsstrategie umzusetzen.The control device 19 is set up to implement the movement of the impact point of the energy beam 5 on the powder bed according to a predetermined irradiation strategy.
Die Steuereinrichtung 19 ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung 19 eine RTC6- Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuellen erhältlichen Ausgestaltung. Die Steuereinrichtung 19 ist bevorzugt dazu eingerichtet, den Scannereinrichtung 7 mit der Ablenkeinrichtung 13 mittels eines digitalen RF- Synthesizers zu synchronisieren. Dabei kann der RF-Synthesizer über ein programmierbares FPGA-Board der Steuereinrichtung 19 ange steuert werden. Zusätzlich erfolgt bevorzugt eine Aufteilung in die vergleichsweise langsame Bewegung der Scannereinrichtung 7 und die schnelle Bewegung der Ablenkeinrichtung 13 mittels einer Frequenzweiche. Bevorzugt werden Positionswerte und Vorgabewerte für die Bewegung des Auftreffpunkts errechnet, die dann in dem FPGA-Board in zeitlich synchrone Frequenzvorgaben für den RF-Synthesizer umgerechnet werden können. Dafür kann eine räumliche Zuweisung der optischen Ablenkung zu Bestrahlungspositionen 11 in der jeweili gen Pulvermaterialschicht vorgenommen werden. Letzteres kann bevorzugt schon in einem Buildprozessor bei der Erstellung der Bestrahlungsstrategie durchgeführt werden. Der Build- prozessor kann die entsprechenden Daten z.B. in eine Steuerungsdatei schreiben, die vor zugsweise von der Steuereinrichtung 19 eingelesen und umgesetzt werden kann. The control device 19 is preferably selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board. In a preferred embodiment, the control device 19 is an RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the version currently available on the date determining the seniority of the present property right. The control device 19 is preferably set up to synchronize the scanner device 7 with the deflection device 13 by means of a digital RF synthesizer. In this case, the RF synthesizer can be controlled via a programmable FPGA board of the control device 19 . In addition, there is preferably a division into the comparatively slow movement of the scanner device 7 and the rapid movement of the deflection device 13 by means of a frequency filter. Position values and default values for the movement of the impact point are preferably calculated, which can then be converted in the FPGA board into time-synchronous frequency defaults for the RF synthesizer. For this purpose, the optical deflection can be spatially assigned to irradiation positions 11 in the respective powder material layer. The latter can preferably already be carried out in a build processor when creating the irradiation strategy. The build processor can write the corresponding data to a control file, for example, which can preferably be read in and converted by the control device 19 .
Insbesondere erlauben die Scannereinrichtung 7/die mechanische Ablenkung einerseits und die Ablenkeinrichtung 13/die optische Ablenkung andererseits eine Separation der für die Herstellung des entstehenden Bauteils 4 relevanten Zeit- und Längenskalen. Während die Scannereinrichtung 7 eingerichtet ist, den Energiestrahl auf einer im Vergleich zu der Ablenk einrichtung 13 größeren Zeitskala entlang der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11, ins besondere entlang eines vorbestimmten Scanpfads 103, quasi global über den gesamten Ar beitsbereich 9 zu verlagern, ist die Ablenkeinrichtung 13 eingerichtet, um den Energiestrahl auf einer relativ zu der Zeitskala der Scannereinrichtung 7 kürzeren Zeitskala quasi lokal an einer durch die Scannereinrichtung 7 vorgegebenen, aufgrund der Zeitskalenseparation quasi festgehaltenen Bestrahlungsposition 11 an die Mehrzahl von Strahlpositionen 17 innerhalb des Strahlbereichs 15 zu verlagern. In particular, the scanner device 7/the mechanical deflection on the one hand and the deflection device 13/the optical deflection on the other hand allow a separation of the time and length scales relevant for the production of the component 4 being produced. While the scanner device 7 is set up to shift the energy beam on a larger time scale compared to the deflection device 13 along the plurality of irradiation positions 11, in particular along a predetermined scan path 103, quasi-globally over the entire working area 9, the deflection device 13 set up to shift the energy beam on a time scale that is shorter relative to the time scale of the scanner device 7 quasi locally at an irradiation position 11 specified by the scanner device 7 and quasi fixed due to the time scale separation to the plurality of beam positions 17 within the beam region 15.
Aufgrund der Zeitskalenseparation kann in einigen Ausführungsformen an jeder Bestrah lungsposition 11 der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11 quasistatisch eine lokale Ab tastreihenfolge von Strahlpositionen 17 im jeweiligen Strahlbereich 15 ausgeführt werden und/oder ein bestimmtes Strahlprofil als geometrische Form und als Intensitätsprofil des Strahlbereichs 15 entstehen. Mit anderen Worten kann die Scannereinrichtung 7 das so er zeugte Strahlprofil und allgemein den Strahlbereich 15, d.h., die optisch ansteuerbaren Strahl positionen 17, entlang der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11, insbesondere entlang des Scanpfads 103, verlagern. Durch Veränderung der Ansteuerung der Ablenkeinrichtung kann nun vorteilhaft das Strahlprofil des Strahlbereichs, insbesondere also die Form des Strahlbe reichs und/oder das Intensitätsprofil in dem Strahlbereich, quasi beliebig verändert werden, bei Bedarf sogar von Bestrahlungsposition zu Bestrahlungsposition. Ferner kann eine Abtast reihenfolge bei der Verlagerung der Strahlpositionen 17 thermische Effekte berücksichtigen.Due to the time scale separation, in some embodiments a local scanning sequence of beam positions 17 in the respective beam area 15 can be carried out quasi-statically at each irradiation position 11 of the plurality of irradiation positions 11 and/or a specific beam profile can arise as a geometric shape and as an intensity profile of the beam area 15. In other words, the scanner device 7 can position the beam profile generated in this way and generally the beam region 15, ie the optically controllable beam 17, along the plurality of irradiation positions 11, in particular along the Scan path 103 relocate. By changing the control of the deflection device, the beam profile of the beam area, in particular the shape of the beam area and/or the intensity profile in the beam area, can now advantageously be changed as desired, if necessary even from irradiation position to irradiation position. Furthermore, a scanning sequence when shifting the beam positions 17 can take thermal effects into account.
In einigen Ausführungsformen kann eine Mehrzahl benachbarter Bestrahlungspositionen 11, insbesondere jeweils ein zusammenhängender Abschnitt des Scanpfads 103, mit einem glei chen Strahlprofil und/oder einer gleichen Abtastreihenfolge überstrichen werden. Alternative können verschiedene Abschnitte des Scanpfads 103 mit verschiedenen Strahlprofilen und/oder verschiedenen Abtastreihenfolgen überstrichen werden. In some specific embodiments, a plurality of adjacent irradiation positions 11, in particular in each case a contiguous section of the scan path 103, can be swept over with the same beam profile and/or the same scanning sequence. Alternatively, different portions of the scan path 103 can be swept with different beam profiles and/or different scanning orders.
Das erzeugte Strahlprofil und/oder die Abtastreihenfolge kann in einigen Ausführungsformen als quasistatisch mit Blick auf den Schmelzprozess im Pulvermaterial 2 angesehen werden, wobei die Zeitskala für die Ablenkung des Energiestrahls 5 durch die optische Ablenkeinrich tung 13 deutlich kürzer ist als die charakteristische Wechselwirkungszeit des Energiestrahls 5 mit dem Pulvermaterial 2. Das dynamisch generierte Strahlprofil kann dann über die Zeit ge mittelt mit dem Pulvermaterial wie ein statisch erzeugtes Profil wechselwirken. Gleiches gilt für das Abtasten der dynamisch generierten Abtastreihenfolge. In some embodiments, the generated beam profile and/or the scanning sequence can be regarded as quasi-static with regard to the melting process in the powder material 2, with the time scale for the deflection of the energy beam 5 by the optical deflection device 13 being significantly shorter than the characteristic interaction time of the energy beam 5 with the powder material 2. The dynamically generated beam profile can then, averaged over time, interact with the powder material like a statically generated profile. The same applies to sampling the dynamically generated sampling order.
Fig. 2 verdeutlicht einen beispielhaften Strahlengang, wie er in der Fertigungseinrichtung 1 der Fig. 1 umgesetzt werden kann. Die Ablenkeinrichtung 13 befindet sich in Propagations richtung des Energiestrahls 5 vor der Scannereinrichtung 7. Die Ablenkeinrichtung 13 weist insbesondere mindestens einen akusto-opti sehen Deflektor 21, hier insbesondere zwei nicht parallel, insbesondere senkrecht zueinander orientierte akusto-opti sehe Deflektoren 21, näm lich einen ersten akusto-opti sehen Deflektor 21.1 und einen zweiten akusto-opti sehen Deflek tor 21.2, auf. Die senkrecht zueinander orientierten akusto-opti sehen Deflektoren 21 erlauben eine Ablenkung des Energiestrahls 5 in zwei senkrecht aufeinander stehende Richtungen und damit insbesondere ein flächiges Abscannen des Strahlbereichs 15. Die zueinander nicht pa rallelen akusto-opti sehen Deflektoren 21.1 und 21.2 sind vorzugsweise in Propagationsrich tung des Energiestrahls 5 hintereinander angeordnet. FIG. 2 illustrates an exemplary beam path as it can be implemented in the production device 1 of FIG. 1 . The deflection device 13 is located in the direction of propagation of the energy beam 5 in front of the scanner device 7. The deflection device 13 has in particular at least one acousto-optical deflector 21, here in particular two acousto-optical deflectors 21 oriented not parallel, in particular perpendicular to one another, namely one first acousto-opti see deflector 21.1 and a second acousto-opti see deflector 21.2, on. The acousto-optical deflectors 21 oriented perpendicularly to one another allow the energy beam 5 to be deflected in two mutually perpendicular directions and thus in particular to scan the entire surface of the beam area 15. The acousto-optical deflectors 21.1 and 21.2, which are not parallel to one another, are preferably in the direction of propagation of the energy beam 5 arranged one behind the other.
Unter einem akusto-opti sehen Deflektor wird insbesondere ein Element verstanden, welches einen für den Energiestrahl transparenten Festkörper aufweist, der mit Schallwellen, insbe sondere Ultraschallwellen, beaufschlagt werden kann, wobei der Energiestrahl beim Durchtritt durch den transparenten Festkörper abhängig von der Frequenz der Schallwellen, mit denen der transparente Festkörper beaufschlagt ist, abgelenkt wird. Dabei wird in dem transparenten Festkörper durch die Schallwellen insbesondere ein optisches Gitter erzeugt. Solche akusto- optischen Deflektoren sind vorteilhaft in der Lage, den Energiestrahl sehr schnell um einen durch die Frequenz der in dem transparenten Festkörper erzeugten Schallwellen vorgegebenen Winkelbereich abzulenken. Dabei können insbesondere Schaltgeschwindigkeiten von bis zu 1 MHz erreicht werden. Insbesondere sind die Schaltzeiten für einen solchen akusto-opti sehen Deflektor deutlich schneller als typische Schaltzeiten für konventionelle Scannereinrichtun gen, insbesondere Galvanometer-Scanner, die im Allgemeinen zur Verlagerung eines Energie strahls innerhalb eines Arbeitsbereichs einer Fertigungseinrichtung der hier angesprochenen Art verwendet werden. Daher kann ein solcher akusto-opti scher Deflektor in besonders geeig neter Weise zur Erzeugung eines quasi statischen Strahlprofils in dem Strahlbereich verwendet werden. An acousto-opti see deflector is understood in particular as meaning an element which has a solid body which is transparent to the energy beam and which can be subjected to sound waves, in particular special ultrasonic waves, with the energy beam passing through is deflected by the transparent solid depending on the frequency of the sound waves with which the transparent solid is acted upon. In this case, in particular an optical lattice is generated in the transparent solid by the sound waves. Such acousto-optical deflectors are advantageously able to deflect the energy beam very quickly by an angular range predetermined by the frequency of the sound waves generated in the transparent solid. In particular, switching speeds of up to 1 MHz can be achieved. In particular, the switching times for such an acousto-optical deflector are significantly faster than typical switching times for conventional scanner devices, in particular galvanometer scanners, which are generally used to move an energy beam within a work area of a manufacturing facility of the type discussed here. Therefore, such an acousto-optical deflector can be used in a particularly appro priate manner for generating a quasi-static beam profile in the beam area.
Moderne akusto-opti sehe Deflektoren können den Energiestrahl mit einer Effizienz von min destens 90 % (insbesondere von mindestens 80 %) in einen vorbestimmten Winkelbereich der ersten Beugungsordnung ablenken, sodass sie sich hervorragend als Ablenkeinrichtung für die hier vorgeschlagene Fertigungseinrichtung eignen. Entscheidend für die hohe Effizienz sind insbesondere das verwendete, für den Energiestrahl transparente Material sowie eine geeignet hohe Intensität der eingekoppelten Ultraschallwellen. Modern acousto-optical deflectors can deflect the energy beam with an efficiency of at least 90% (particularly at least 80%) into a predetermined angular range of the first diffraction order, so that they are excellently suited as a deflection device for the production facility proposed here. The material used, which is transparent to the energy beam, and a suitably high intensity of the coupled ultrasonic waves are particularly decisive for the high efficiency.
Insbesondere wenn die Ablenkeinrichtung 13 akusto-opti sehe Deflektoren aufweist, erzeugen die AODs aufgrund ihrer Ausgestaltung analog zu einem optischen Gitter einen ungebeugten Teilstrahl nullter Ordnung sowie einen gebeugten oder abgelenkten Teilstrahl erster Ordnung. Zur Bestrahlung des Arbeitsbereichs soll meist jedoch lediglich der Teilstrahl erster Ordnung verwendet werden. Die Fertigungseinrichtung 1 weist in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungs form außerdem in Propagationsrichtung des Energiestrahls 5 hinter der Ablenkeinrichtung 13 und vor der Scannereinrichtung 7 einen Separationsspiegel 23 auf, der eingerichtet ist, um den Teilstrahl nullter Ordnung von dem Teilstrahl erster Ordnung des Energiestrahls 5 zu trennen. Hierzu weist der Separationsspiegel 23 insbesondere eine Durchgangsbohrung 25 auf, die in einer für den Energiestrahl 5 reflektierenden Oberfläche 27 des Separationsspiegels 23 vorge sehen ist und den Separationsspiegel 23 vollständig durchdringt. Der in erwünschter Weise zu der Scannereinrichtung 7 weiterzuleitende Teilstrahl erster Ordnung wird dabei durch die Durchgangsbohrung 25 geleitet und gelangt so schließlich zu der Scannereinrichtung 7. Der unerwünschte Teilstrahl nullter Ordnung, sowie gegebenenfalls auch unerwünschte Teilstrah len höherer Ordnung, treffen dagegen auf die reflektierende Oberfläche 27 und werden zu einer Strahlfalle 29 umgelenkt. In particular, if the deflection device 13 has acousto-optical deflectors, the AODs generate an undiffracted partial beam of the zeroth order and a diffracted or deflected partial beam of the first order due to their configuration analogous to an optical grating. In most cases, however, only the first-order partial beam should be used to irradiate the working area. In the embodiment shown in Fig. 2, the manufacturing device 1 also has a separation mirror 23 behind the deflection device 13 and in front of the scanner device 7 in the propagation direction of the energy beam 5, which is set up to separate the zeroth-order partial beam from the first-order partial beam of the energy beam 5 to separate. For this purpose, the separation mirror 23 has in particular a through hole 25 which is provided in a surface 27 of the separation mirror 23 which reflects the energy beam 5 and which penetrates the separation mirror 23 completely. The first-order partial beam to be forwarded in the desired manner to the scanner device 7 is guided through the through hole 25 and thus finally reaches the scanner device 7 On the other hand, undesired partial beams of the zeroth order, and possibly also undesired partial beams of a higher order, impinge on the reflecting surface 27 and are deflected to a beam trap 29 .
Der Separationsspiegel 23 ist insbesondere in der Umgebung eines Zwischenfokus 31 eines Teleskops 33 angeordnet, insbesondere nicht genau in einer Ebene des Zwischenfokus 31, besonders bevorzugt in einem Abstand von einem Fünftel der Brennweite des Teleskops 33 entlang der Propagationsrichtung versetzt, insbesondere vor dem Zwischenfokus 31. Hier durch wird vorteilhaft eine Beaufschlagung der reflektierenden Oberfläche 27 mit einer zu hohen Leistungsdichte des Energiestrahls 5 vermieden. The separation mirror 23 is arranged in particular in the vicinity of an intermediate focus 31 of a telescope 33, in particular not exactly in a plane of the intermediate focus 31, particularly preferably offset at a distance of one fifth of the focal length of the telescope 33 along the propagation direction, in particular in front of the intermediate focus 31. This advantageously avoids the reflective surface 27 being exposed to an excessively high power density of the energy beam 5 .
Das Teleskop 33 weist bevorzugt eine erste Linse 35 und eine zweite Linse 37 auf. Es ist vor zugsweise als l:l-Teleskop ausgebildet. Vorzugsweise weist das Teleskop 33 eine Brennweite von 500 mm auf. The telescope 33 preferably has a first lens 35 and a second lens 37 . It is preferably designed as a 1:1 telescope. The telescope 33 preferably has a focal length of 500 mm.
Die Funktionsweise des Teleskops 33 ist vorzugsweise eine Zweifache: Zum einen ermöglicht das Teleskop 33 insbesondere bei der hier gewählten Anordnung des Separationsspiegels 23 eine besonders vorteilhafte und saubere Trennung der verschiedenen Ordnungen des durch die Ablenkeinrichtung 13 abgelenkten Energiestrahls 5; zum anderen bildet das Teleskop 33 be vorzugt einen gedachten, gemeinsamen Strahl drehpunkt 39 der Ablenkeinrichtung 13 vorteil haft auf einen Pivot-Punkt 41 der Scannereinrichtung 7 ab. Alternativ bildet das Teleskop 33 bevorzugt den Strahl drehpunkt 39 auf einen Punkt kleinster Apertur ab. The mode of operation of the telescope 33 is preferably twofold: on the one hand, the telescope 33 enables a particularly advantageous and clean separation of the different orders of the energy beam 5 deflected by the deflection device 13, particularly with the arrangement of the separation mirror 23 selected here; on the other hand, the telescope 33 preferably forms an imaginary common beam pivot point 39 of the deflection device 13 onto a pivot point 41 of the scanner device 7 . Alternatively, the telescope 33 preferably maps the beam pivot point 39 to a point of smallest aperture.
Um eine kompakte Anordnung der Fertigungseinrichtung 1 zu ermöglichen, wird der Energie strahl 5 bevorzugt mehrfach durch Umlenkspiegel 43 umgelenkt. In order to enable a compact arrangement of the production device 1, the energy beam 5 is preferably deflected several times by deflection mirrors 43.
Zusammenfassend kann im Rahmen eines Verfahrens zum Verlagern eines kontinuierlichen Energiestrahls entlang eines durch eine Abfolge von Strahlpositionen ausgebildeten Bestrah lungspfads während des additiven Fertigens eines Bauteils 4 aus einem Pulvermaterial der Energiestrahl 5 bevorzugt innerhalb des Arbeitsbereichs 9 an eine Mehrzahl von Strahlpositi onen 17 verlagert werden, um mittels des Energiestrahls 5 das Bauteil 4 aus dem in dem Ar beitsbereich 9 angeordneten Pulvermaterial 2 schichtweise herzustellen. Der Energiestrahl 5 wird bezüglich einer Bestrahlungsposition 11 innerhalb eines Strahlbereichs 15 an eine Mehr zahl von Strahlpositionen 17 verlagert. In bevorzugten Ausführungsformen wird ein kontinuierlicher Energiestrahl entlang eines Be strahlungspfads zumindest abschnittsweise kontinuierlich verlagert. Beispielsweise kann ein cw-Laserstrahl entlang im Rahmen der Bestrahlungsstrategie definierten Scanvektoren eines Bestrahlungspfads kontinuierlich verfahren werden, wobei die Scanvektoren in Bestrahlungs zonen (Hatches) jeweils parallel zueinander verlaufen. Die Scanvektoren einer Bestrahlungs zone können in der gleichen oder abwechselnd in entgegengesetzter Richtung gleichmäßig abgefahren werden. Dies entspricht einem kontinuierlichen Belichten der Scanvektoren. In summary, as part of a method for displacing a continuous energy beam along an irradiation path formed by a sequence of beam positions during the additive manufacturing of a component 4 from a powder material, the energy beam 5 can be displaced preferably within the working area 9 to a plurality of beam positions 17 in order to using the energy beam 5 to produce the component 4 in layers from the working area 9 arranged in the powder material 2. The energy beam 5 is shifted to a plurality of beam positions 17 with respect to an irradiation position 11 within a beam region 15 . In preferred embodiments, a continuous energy beam is continuously displaced at least in sections along a radiation path. For example, a cw laser beam can be continuously moved along scan vectors of a radiation path defined as part of the radiation strategy, with the scan vectors in radiation zones (hatches) running parallel to one another. The scan vectors of an irradiation zone can be traversed evenly in the same direction or alternately in opposite directions. This corresponds to continuous exposure of the scan vectors.
Fig. 5A zeigt als Beispiel für ein kontinuierliches Verfahren einen linearen Abtastvorgang, bei dem beabstandete Strahlpositionen Al, A2, ... A7 sprunghaft nacheinander angefahren wer den, indem die optische Ablenkung eine Positionsänderung des Energiestrahls 5 um eine dis krete Strecke DC1 bewirkt. Schematisch sind in Fig. 5A ferner Kreise um die Strahlpositionen Al, A2, ... A7 angedeutet, die einen flächigen Bereich verdeutlichen, in dem der Energieein trag durch den auf eine Strahlposition auftreffende Energiestrahl zu einem Aufschmelzen des Pulvermaterials führt. Allgemein können benachbarte Strahlpositionen einer Unterabfolge mindestens einen Durchmesser des Energiestrahls oder mindestens 50 % des Durchmessers des Energiestrahls voneinander beabstandet im Arbeitsbereich angeordnet sein. 5A shows a linear scanning process as an example of a continuous method, in which spaced beam positions A1, A2, . In FIG. 5A, circles around the beam positions A1, A2, . In general, adjacent beam positions of a sub-sequence can be spaced apart from each other by at least one diameter of the energy beam or at least 50% of the diameter of the energy beam in the work area.
Man erkennt in Fig. 5A, dass die Strecke DC1 derart gewählt wurde, dass sich benachbarte Aufschmelzbereiche teilweise überlappen, sodass ein kontinuierliches Aufschmelzen des Pul vermaterials bewirkt werden kann. Im vorliegenden Bespiel der Fig. 5A erfolgt das Auf schmelzen entlang einer Linie, beispielsweise entlang eines Scanvektors in einer Bestrah lungszone. It can be seen in FIG. 5A that the distance DC1 was selected in such a way that adjacent melting regions partially overlap, so that the powder material can be melted continuously. In the present example of FIG. 5A, the melting takes place along a line, for example along a scan vector in an irradiation zone.
Der lineare Abtastvorgang kann von einer festen Bestrahlungsposition aus oder bei einer sich ändernden mechanischen Ablenkung durchgeführt werden, wobei im letzteren Fall die opti sche Ablenkung (die Strecke DC1) entsprechend der mechanisch-induzierten Bewegung der Bestrahlungsposition in der Bestrahlungsstrategie anzupassen ist. The linear scanning process can be performed from a fixed irradiation position or with a changing mechanical deflection, in which case the optical deflection (the distance DC1) has to be adjusted according to the mechanically-induced movement of the irradiation position in the irradiation strategy.
Ferner kann ein diskontinuierliches Verlagern des Energiestrahls durchgeführt werden, wobei Positionen sprunghaft entlang des Bestrahlungspfads angefahren und beleuchtet werden. Ein derartiges diskontinuierliches Belichten kann z.B. innerhalb eines Scanvektors einer Bestrah- lungszone, beim Wechseln zu nicht benachbarten Scanvektoren einer Bestrahlungszone oder beim Wechseln zwischen Bestrahlungszonen vorgenommen werden. Furthermore, a discontinuous shifting of the energy beam can be carried out, with positions being jumped to and illuminated along the irradiation path. Such discontinuous exposure can, for example, take place within a scan vector of an irradiation treatment zone, when changing to non-adjacent scan vectors of a treatment zone, or when changing between treatment zones.
In diesen Fällen kann ein cw-Laserstrahl z.B. diskrete Strahlpositionen entlang des Bestrah lungspfads in einer in der Bestrahlungsstrategie festgelegten Reihenfolge abtasten. Ein diskon tinuierliches Belichten differenziert zwischen einer Geometrie des Bestrahlungspfads und ei ner Einsteilbarkeit eines Zeitpunkts der Bestrahlung. Der Geometrie des Bestrahlungspfads wird somit eine Reihenfolge von Zeitpunkten zugeordnet, an dem die jeweiligen Strahlpositi onen des Bestrahlungspfads belichtet werden. Die Geometrie des Bestrahlungspfads ist im Wesentlichen durch den schichtspezifischen Querschnitt des Bauteils 4 gegeben, wobei tech nisch bedingt Segmente des Bestrahlungspfads eingeführt werden können; dies sind z.B. die nebeneinander verlaufende (insbesondere parallele lineare) Scanvektoren in den Bestrah lungszonen, wobei benachbarte Bestrahlungszonen unterschiedliche Orientierungen der Scan vektoren aufweisen können. Die Einsteilbarkeit des Zeitpunkts der Bestrahlung bestimmt Pa rameter der Wechselwirkung des Energiestahls mit dem Pulvermaterial an einer Strahlpositi on. Beispielsweise wird eine Dauer der Bestrahlung durch Einstellen von Zeiträumen zwi schen dem Wechsel zwischen Strahlpositionen vorgegeben. Ferner kann die Wahl des Ab stands zwischen Strahlpositionen thermische Aspekte beeinflussen, wie ein Abfließen von eingebrachter Wärme in des Pulvermaterial/die Pulverschmelze. In these cases, a cw laser beam can, for example, scan discrete beam positions along the irradiation path in a sequence specified in the irradiation strategy. Discontinuous exposure differentiates between a geometry of the irradiation path and an adjustability of a point in time of the irradiation. The geometry of the radiation path is thus assigned a sequence of times at which the respective beam positions of the radiation path are exposed. The geometry of the irradiation path is essentially given by the layer-specific cross-section of the component 4, with technically required segments of the irradiation path being able to be introduced; these are, for example, the (in particular parallel, linear) scan vectors running next to one another in the irradiation zones, in which case neighboring irradiation zones can have different orientations of the scan vectors. The adjustability of the timing of the irradiation determines the parameters of the interaction of the energy beam with the powder material at a beam position. For example, a duration of the irradiation is predetermined by setting periods of time between changing between beam positions. Furthermore, the choice of the distance between beam positions can influence thermal aspects, such as a dissipation of introduced heat into the powder material/powder melt.
Fig. 5B zeigt ein erstes Beispiel für ein diskontinuierliches Verlagern des Energiestrahls im Rahmen eines linearen Abtastvorgangs. Eine Abtastreihenfolge in Fig. 5B umfasst eine Grup pe 61 von beispielhaft sieben Strahlpositionen Bl, B2, B3, B4, B5, B6, B7, die sprunghaft gemäß einer vorgegebenen Reihenfolge abgetastet werden. Dazu bewirkt die optische Ablen kung Positionsänderungen des Energiestrahls 5, die aus mehreren möglichen diskreten Stre cken bestehen, beispielhaft sind zwei Strecken DC1 und DC2 in Fig. 5B dargestellt. Die dis kreten Strecken sind dabei so gewählt, dass die diskrete Strecke DC2 eine Strahlposition über springt. Die Abtastreihenfolge kann von einer festen Bestrahlungsposition aus (d.h., vorrüber- gehend wird die mechanische Ablenkung stationär festgehalten oder kann als stationär be trachtet werden) durchgeführt werden. Abtastreihenfolgen können ferner räumlich aneinander anschließen (wie in Fig. 5B mit einer Gruppe 6G angedeutet, z.B. ausgehend von einer ent sprechend weiter bewegten Bestrahlungsposition) und/oder sie können am gleichen Ort und/oder räumlich versetzt wiederholt werden. Ferner kann die optische Ablenkung mit einer kontinuierlichen mechanischen Ablenkung überlagert werden, wobei die optischen Ablenkun- gen (die Strecken DC1 und DC2) entsprechend der Bewegung der Bestrahlungsposition in der Bestrahlungsstrategie anzupassen sind. FIG. 5B shows a first example for a discontinuous displacement of the energy beam in the context of a linear scanning process. A scanning sequence in FIG. 5B includes a group 61 of, for example, seven beam positions B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, which are scanned abruptly according to a predetermined sequence. For this purpose, the optical deflection brings about changes in the position of the energy beam 5, which consist of a number of possible discrete paths; two paths DC1 and DC2 are shown in FIG. 5B by way of example. The discrete distances are selected in such a way that the discrete distance DC2 jumps over one beam position. The scanning sequence can be performed from a fixed irradiation position (ie temporarily the mechanical deflection is held stationary or can be considered stationary). Scanning sequences can also follow each other spatially (as indicated in FIG. 5B with a group 6G, eg starting from a correspondingly further moved irradiation position) and/or they can be repeated at the same location and/or spatially offset. Furthermore, the optical deflection can be superimposed with a continuous mechanical deflection, the optical deflection gene (the distances DC1 and DC2) are to be adjusted according to the movement of the irradiation position in the irradiation strategy.
Schematisch sind in Fig. 5B wieder Aufschmelzbereiche verdeutlichende Kreise um die Strahlpositionen 317A, 317B, 317G angedeutet. Aufgrund der Abtastreihenfolge 61 werden nicht nur benachbarte Strahlpositionen aufeinanderfolgend belichtet, sodass sich neue thermi sche Wechselwirkungsparameter ergeben, die sich von denen der in Fig. 5A verdeutlichten Bestrahlungsstrategie unterscheiden. Im Ergebnis ergibt sich wieder ein Aufschmelzen ent lang einer Linie, beispielsweise entlang eines Abschnitts eines Scanvektors in einer Bestrah lungszone. Jedoch können die neuen thermischen Wechselwirkungsparameter es in einigen Ausführungsformen ermöglichen, dass der Energieeintrag mit dem Energiestrahl erhöht wer den kann, bei gleichzeitiger Verkürzung der Bestrahlungsdauer an einer Strahlposition. Ent sprechend kann der Fertigungsprozess zeitlich effizienter durchgeführt werden. Schematically, circles around the beam positions 317A, 317B, 317G are again indicated in FIG. 5B to clarify melting regions. Due to the scanning sequence 61, not only adjacent beam positions are successively exposed, so that new thermal interaction parameters arise that differ from those of the irradiation strategy illustrated in FIG. 5A. The result is again melting along a line, for example along a section of a scan vector in an irradiation zone. However, in some embodiments, the new thermal interaction parameters may allow the energy input with the energy beam to be increased while reducing the exposure time at a beam location. Accordingly, the manufacturing process can be carried out more efficiently in terms of time.
Fig. 5C zeigt ein weiteres Beispiel für ein diskontinuierliches Verlagern des Energiestrahls. Dabei ist eine zugrundeliegende Abtastreihenfolge so gewählt, dass benachbarte Gruppen 71A, 71B von vier Strahlpositionen CI, C3, C5, C7 bzw. C2, C4, C6, C8 quasi zeitgleich be strahlt werden. Dazu bewirkt die optische Ablenkung Positionsänderungen des Energiestrahls 5, bei der zwei oder drei Strahlpositionen übersprungen werden; beispielhaft sind in Fig. 5C zwei mögliche diskrete Strecken DC3 und DC4 angedeutet. 5C shows another example of a discontinuous displacement of the energy beam. In this case, an underlying scanning sequence is chosen such that adjacent groups 71A, 71B are irradiated from four beam positions CI, C3, C5, C7 or C2, C4, C6, C8 quasi-simultaneously. For this purpose, the optical deflection causes position changes of the energy beam 5, in which two or three beam positions are skipped; Two possible discrete paths DC3 and DC4 are indicated in FIG. 5C by way of example.
Die Strahlpositionen Bl, ... B7 und CI, .. C8 stellen jeweils Unterabfolgen von Strahlpositi onen (17) dar, die nur eine Strahlposition der Abfolge des Bestrahlungspfads (101) umfassen. Der Fachmann wird anerkennen, dass diese Unterabfolgen auf zwei oder mehr benachbarte Strahlpositionen erweitert werden können, solange der Energieeintrag im vorgegeben Rahmen verbleibt. Die Bestrahlungsstrategien der Figuren 5B und 5C stellen somit Beispiele für Un terabfolgen dar, die derart abgetastet werden, dass durch eine sprunghafte Veränderung der optischen Ablenkung der Energiestrahl einen Bereich zwischen den beabstandeten Unterab folgen überspringt, sodass nacheinander räumlich voneinander beabstandete, insbesondere thermisch entkoppelte, Unterabfolgen vom Energiestrahl (in der Beispielen der Figuren 5B und 5C liegt beispielhaft ein Abstand von einer Strahlposition vor) eingenommen werden. The beam positions Bl, . Those skilled in the art will appreciate that these subsequences can be extended to two or more adjacent beam positions as long as the energy input stays within the given limits. The irradiation strategies of Figures 5B and 5C thus represent examples of sub-sequences that are scanned in such a way that a sudden change in the optical deflection causes the energy beam to skip a region between the spaced sub-sequences, so that successively spatially spaced, in particular thermally decoupled, sub-sequences by the energy beam (in the examples of FIGS. 5B and 5C there is an example of a distance from a beam position).
Allgemein können Strahlpositionen einer Unterabfolge mindestens das 1,5- bis 2-fache oder mehr des Durchmessers des Energiestrahls voneinander beabstandet im Arbeitsbereich ange- ordnet sein. Allgemein können beim Wechseln zwischen Unterabfolgen ferner Bereiche des Arbeitsbereichs übersprungen werden, die ausgewählt sind aus der Gruppe von Bereichen umfassend einen noch nicht bestrahlten Bereich des Arbeitsbereichs, einen nicht zu bestrah lenden Bereich des Arbeitsbereichs und einen bereits bestrahlten Bereich des Arbeitsbereichs. Der Fachmann wird anerkennen, dass mindestens eine Strahlposition, die beim Abtasten der Abfolge von Strahlpositionen übersprungen wurde, zu einem nachfolgenden Zeitpunkt abge tastet werden kann. Generally, beam positions of a subsequence may be spaced at least 1.5 to 2 times or more the diameter of the energy beam apart in the working area. be in order. Generally, when changing between sub-sequences, further areas of the work area selected from the group of areas comprising an area of the work area not yet irradiated, an area of the work area not to be irradiated and an area of the work area already irradiated can be skipped. Those skilled in the art will appreciate that at least one beam position skipped in scanning the sequence of beam positions may be scanned at a subsequent time.
Auch hier kann von einer festen Bestrahlungsposition oder einer Bewegung der Bestrahlungs position ausgegangen werden. Aufgrund der großen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Wechselwirkungsbereichen kann der Energieeintrag weiter erhöht und die Bestrahlungsdauer entsprechend verkürzt werden, sodass der Fertigungsprozess effizient durchgeführt werden kann. Here, too, a fixed irradiation position or a movement of the irradiation position can be assumed. Due to the large distances between successive interaction areas, the energy input can be further increased and the irradiation time correspondingly shortened, so that the manufacturing process can be carried out efficiently.
In einer weiteren Bestrahlungsstrategie kann um eine maximale Sprungweite entlang des Be strahlungspfads vorausgesprungen werden (z.B. von Strahlposition Al in Fig. 5A auf Strahl position A7), um und dann entgegen der Bewegungsrichtung der mechanischen Ablenkung mit kleineren Sprüngen rückwärts zu springen, bis alle übersprungenen Strahlpositionen ent lang des Belegungspfad eingenommen wurden (in Fig 5A z.B. in der Reihenfolge A2-A3-A4- A5-A6 als Beispiel für eine Unterabfolge von Strahlpositionen, die mehrere Strahlpositionen umfasst). Dann wird wieder maximal weit nach vorne auf dem Bestrahlungspfad gesprungen etc. In another irradiation strategy, it is possible to jump ahead along the irradiation path by a maximum jump distance (e.g. from beam position A1 in Fig. 5A to beam position A7), and then jump backwards with smaller jumps in the opposite direction to the direction of movement of the mechanical deflection, until all skipped beam positions are reached were occupied along the occupation path (in FIG. 5A, for example, in the order A2-A3-A4-A5-A6 as an example of a sub-sequence of beam positions that comprises a plurality of beam positions). Then jump again as far as possible forward on the radiation path, etc.
Fig. 6 zeigt wie unter Verwendung der optischen Ablenkung zwei oder mehr Scanvektoren in einer oder in mehreren Bestrahlungszonen gleichzeitig belichtet werden können. Man erkennt eine Aufreihung von Bestrahlungszonen HAI, HB1, HA2, HB2, HA3, wobei in jeder der Be strahlungszonen parallel zueinander verlaufende Scanvektoren S1 bis S6 laut Bestrahlungs strategie zu belichten sind, wobei die Scannereinrichtung 7 die Ablenkung des Energiestrahls in Richtung der Scanvektoren S1 bis S6 der jeweiligen Bestrahlungszone vornimmt. Ein kon tinuierlich bestrahlter Scanvektor einer Bestrahlungszone stellt eine Unterabfolge von Strahl positionen dar, die mehrere Strahlpositionen umfasst. Eine Bestrahlungszone (Hatch) kann z.B. eine Kantenlänge im Bereich einiger Millimeter bis zu einigen Zentimetern aufweisen. Diese Abmessungen liegen im Bereich der Sprungweite, die mit einer optischen Ablenkein- richtung (AOD/EOD) umgesetzt werden kann, beispielsweise im Bereich von einigen Milli metern, z.B. ±10 mm, meist mindestens ±5 mm). FIG. 6 shows how two or more scan vectors can be exposed simultaneously in one or more irradiation zones using optical deflection. A row of irradiation zones HAI, HB1, HA2, HB2, HA3 can be seen, with scan vectors S1 to S6 running parallel to one another being exposed in each of the irradiation zones according to the irradiation strategy, with scanner device 7 deflecting the energy beam in the direction of scan vectors S1 to S6 of the respective irradiation zone makes. A continuously irradiated scan vector of a treatment zone represents a sub-sequence of beam positions that includes multiple beam positions. An irradiation zone (hatch) can, for example, have an edge length in the range from a few millimeters to a few centimeters. These dimensions are in the range of the jump distance that can be achieved with an optical deflection direction (AOD/EOD) can be implemented, for example in the range of a few millimeters, eg ±10 mm, mostly at least ±5 mm).
Zur Verdeutlichung, dass die Scanvektoren S1 bis S6 primär mit der Scannereinrichtung 7 abgefahren werden, wurden die Scanvektoren gestrichelt dargestellt. In benachbarten Bestrah lungszonen liegen unterschiedliche Ausrichtungen der Scanvektoren S1 bis S6 vor, sodass in den Bestrahlungszonen HAI, HA2, HA3 die Scanvektoren S1 bis S6 jeweils parallel verlau fen, ebenso wie in den Bestrahlungszonen HB1, HB2. Eine entsprechende Anordnung in zwei Dimensionen ergibt eine sogenannte Schachbrettfeld-Anordnung von Bestrahlungszonen, wo bei die Konzepte analog in Streifen-Anordnungen von Bestrahlungszonen anwendbar sind. To make it clear that the scan vectors S1 to S6 are primarily traversed with the scanner device 7, the scan vectors have been shown as dashed lines. There are different orientations of the scan vectors S1 to S6 in neighboring irradiation zones, so that the scan vectors S1 to S6 each run parallel in the irradiation zones HAI, HA2, HA3, just like in the irradiation zones HB1, HB2. A corresponding arrangement in two dimensions results in what is known as a chessboard array of irradiation zones, where the concepts can be used analogously in strip arrangements of irradiation zones.
In der Bestrahlungszone HAI ist eine Umsetzung von Springen innerhalb der Bestrahlungszo ne HAI angedeutet. Während des mechanischen Ablenkens in Richtung der Scanvektoren bewirkt die optische Ablenkeinrichtung ein Springen zwischen den Scanvektoren. Im Beispiel der Fig. 6 springt der Energie strahl z.B. zwischen den Scanvektoren S1-S4 bzw. S2-S5 bzw. S3-S6; es liegen in diesem Fall immer zwei Scanbreiten (in der Größe der Aufschmelzberei che) zwischen den Orten des Energieeintrags (zu springende Strecke DC3). In the HAI irradiation zone, a conversion of jumping within the HAI irradiation zone is indicated. During the mechanical deflection in the direction of the scan vectors, the optical deflector causes a hopping between the scan vectors. In the example of FIG. 6, the energy beam jumps, for example, between the scan vectors S1-S4 or S2-S5 or S3-S6; In this case, there are always two scan widths (the size of the melting areas) between the locations of the energy input (distance DC3 to be jumped).
Liegen unterschiedliche Bestrahlungszonen in Reichweite der optischen Ablenkung, können Scanvektoren in unterschiedlichen Bestrahlungszonen gleichzeitig belichtet werden. In Fig. 6 können die optisch-induzierten Sprünge z.B. in Richtung der mechanischen Ablenkung erfol gen (angedeutetes gleichzeitiges Belichten von Scanvektoren S1 in den Bestrahlungszonen HB1 und HB2, Strecke DCC) oder quer zur mechanischen Ablenkung erfolgen (angedeutetes gleichzeitiges Belichten von Scanvektoren S2 in den Bestrahlungszonen HA2 und HA3, Stre cke DCC). If different irradiation zones are within range of the optical deflection, scan vectors in different irradiation zones can be exposed simultaneously. In Fig. 6, the optically-induced jumps can occur, for example, in the direction of the mechanical deflection (indicated simultaneous exposure of scan vectors S1 in the irradiation zones HB1 and HB2, distance DCC) or perpendicular to the mechanical deflection (indicated simultaneous exposure of scan vectors S2 in the Irradiation zones HA2 and HA3, stretch DCC).
Allgemein kann, wenn der Abstand zwischen den angesprungenen Strahlpositionen so groß gewählt wird, dass diese sich thermisch nicht beeinflussen, deutlich mehr Energie/ Laserener gie in das Bauteil eingebracht werden. Dadurch kann die Produktivität im Vergleich zu einem Ziehen einer Schmelzspur im Pulverbett mit einem (kreisförmigen/gaußförmigen) Laserstrahl erhöht werden. In general, significantly more energy/laser energy can be introduced into the component if the distance between the jumped beam positions is chosen so large that they do not affect each other thermally. As a result, productivity can be increased compared to drawing a melt track in the powder bed with a (circular/Gaussian) laser beam.
Wie an den beispielhaft diskutierten Abtastreihenfolgen der Figuren 5B und 5C und 6 gezeigt wurde, kann der Energieeintrag in einem erfindungsgemäßen Aspekt anhand einer zeitlichen und örtlichen Steuerung kontrolliert werden. Dies kann insbesondere bei der additiven Ferti gung in einem Überhangbereich oder in einer filigranen Bauteil Struktur genutzt werden. Dies kann es ferner ermöglichen, eine lokale Überhitzung auch bei einer Belichtung mit kontinuier licher Laserstrahlung zu reduzieren oder zu vermeiden, indem der Energieeintrag an diskreten beabstandeten Orten und/oder zeitlich begrenzt erfolgt. As was shown in the exemplary discussed scanning sequences of Figures 5B and 5C and 6, the energy input can in one aspect of the invention based on a temporal and local control. This can be used in particular in additive manufacturing in an overhang area or in a filigree component structure. This can also make it possible to reduce or avoid local overheating even when exposed to continuous laser radiation, in that the energy is introduced at discrete, spaced-apart locations and/or for a limited time.
Dazu wird z.B. eine kontinuierliche Laserstrahlung nach einer vom Pulvermaterialtyp abhängigen Bestrahlungsdauer des Pulvermaterials an diesem Ort mithilfe der optischen Ab lenkung beendet, um so dem aufgeschmolzenen Material die Möglichkeit für eine Wärmeab fuhr zu geben und eine lokale Überhitzung mit ungewollter Ausdehnung des Schmelzbads zu vermeiden. Mit anderen Worten kann eine Überhitzung dadurch vermieden werden, dass der Laserstrahl nach der Belichtung einer ersten Stelle (z.B. Bl in Fig. 5B oder CI in Fig. 5C) mit der vorgesehenen Bestrahlungsdauer an eine andere zweite Stelle (z.B. B2 in Fig. 5B oder C2 in Fig. 5C) springt, die weit genug von der ersten Stelle entfernt ist, so dass an der ersten Stel le kein relevanter Wärmeeintrag durch die Belichtung an der zweiten Stelle auftritt. Dadurch kann eine lokale Überhitzung auch bei einer zeitlich kontinuierlichen Bestrahlung (möglichst duty cycle von 1) und damit ohne Zeitverlust realisiert werden. For this purpose, for example, continuous laser radiation is terminated at this location after a period of irradiation of the powder material that depends on the type of powder material, using optical deflection, in order to give the melted material the opportunity to dissipate heat and to avoid local overheating with unwanted expansion of the melt pool. In other words, overheating can be avoided by directing the laser beam to another second location (e.g. B2 in Fig. 5B or C2 in FIG. 5C) which is far enough away from the first location so that no relevant heat input occurs at the first location as a result of the exposure at the second location. As a result, local overheating can also be achieved with a temporally continuous irradiation (if possible duty cycle of 1) and thus without loss of time.
Dazu ist jedoch eine sehr schnelle Ablenkung des Laserstrahls von der ersten Stelle zur zwei ten Stelle erforderlich. Die schnelle Ablenkung ist notwendig, um möglichst keinen Zeitver lust durch den Sprungweg von der ersten Stelle zur zweiten Stelle zu erhalten und um eine ungewollte Belichtung/Bearbeitung des Materials entlang des Sprungwegs zu vermeiden.However, this requires a very rapid deflection of the laser beam from the first point to the second point. The quick distraction is necessary in order to avoid any loss of time by jumping from the first place to the second place and to avoid unwanted exposure/processing of the material along the jump way.
Zwar erfüllen die üblicherweise in Anlagen eingesetzten mechanisch-induzierten Scannerein richtung (z.B. Galvoscanner) diese Anforderung aufgrund der Massenträgheit der Spiegel nicht, jedoch kann mittels optischer Ablenkung, wie hierin erläutert, eine entsprechende sprunghafte Verlagerung vorgenommen werden. Da die z.B. mittels AOD realisierbaren opti schen Ablenkstrecken gering sind, ist für eine Positionierung des Laserstrahls über größere Bereiche (insbesondere den Arbeitsbereich 9) zusätzlich eine Scannereinrichtung wie ein Gal voscanner erforderlich. Although the mechanically induced scanner devices usually used in systems (e.g. galvo scanners) do not meet this requirement due to the mass inertia of the mirrors, a corresponding abrupt displacement can be carried out using optical deflection, as explained here. Since the optical deflection distances that can be realized, e.g. using AOD, are small, a scanner device such as a galvo scanner is also required for positioning the laser beam over larger areas (in particular the working area 9).
Die Umsetzung eines beispielhaften Bestrahlungspfads mit einer starken Richtungsänderung wird in Zusammenhang mit Fig. 7A am Beispiel einer Ecke E in einem Bestrahlungspfad 201 erläutert, wobei die Ecke E von einem linearen Pfadsegment 201 A und einem linearen Pfadsegment 201B des Bestrahlungspfads 201 gebildet wird und die linearen Pfadsegmente 201A, 201B senkrecht aufeinandertreffen. The implementation of an exemplary irradiation path with a strong change in direction is explained in connection with FIG Path segment 201B of the irradiation path 201 is formed and the linear path segments 201A, 201B meet perpendicularly.
Allgemein wird bei einer Belichtung einer eckigen Kontur nur mit einer mechanischen Scan nereinrichtung, also einer trägen Achse, eine Abtast-Bewegung einer optischen Komponente (z.B. eines Umlenkspiegels) der Scannereinrichtung vorübergehen komplett zum Stillstand gebracht, bevor eine weitere oder die gleiche optische Komponente in eine neue Richtung, z.B. unter einem 90°-Winkel, beschleunigt wird. Bei konstantem Energieeintrag eines konti nuierlichen Energiestrahls (konstante Laserleistung) kann dies zu einer Überhitzung der Pul verschmelze im Bereich der ausgebildeten Ecke führen. Eine Überhitzung kann insbesondere dann eintreten, wenn die Wärme aufgrund des nicht-aufgeschmolzenen (und entsprechend isolierenden) Pulvers, das z.B. eine schichtweise ausgebildete spitze Struktur umgibt, schlecht abfließen kann. In general, when an angular contour is exposed only with a mechanical scanner device, i.e. an inertial axis, a scanning movement of an optical component (e.g. a deflection mirror) of the scanner device is temporarily brought to a complete standstill before another or the same optical component is moved into a new direction, eg at a 90° angle, is accelerated. With constant energy input from a continuous energy beam (constant laser power), this can lead to overheating of the powder melt in the area of the formed corner. Overheating can occur in particular when the heat cannot dissipate properly due to the non-melted (and correspondingly insulating) powder surrounding, for example, a layered pointed structure.
Mit der hierin vorgeschlagenen Aufteilung in eine mechanische Ablenkung (träge Achse der Scannereinrichtung) und eine optische Ablenkung (dynamische Achse der optischen Ablenk einrichtung) kann nun die träge Achse eine abgerundete Kurve in der Nähe der Ecke abfahren (siehe den beispielhaften Scanpfad 203 in Form eines Viertelkreises in Fig. 7A). With the proposed division into a mechanical deflection (inertial axis of the scanner device) and an optical deflection (dynamic axis of the optical deflection device), the inertial axis can now follow a rounded curve near the corner (see the exemplary scan path 203 in the form of a quadrant in Fig. 7A).
Insbesondere kann hierzu eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls eine Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls in einer Richtung quer zum Bestrahlungspfad 201 zumindest teilweise kompensierten, sodass der Bestrahlungspfad 201 von einer Abfolge von mit der Scannereinrichtung 7 eingestellten Bestrahlungspositionen (Scanpfad 203) abweicht. Optional kann die optische Ablenkung des Energiestrahls (5) eine Komponente in Richtung des Bestrahlungspfads 201 aufweisen, sodass insbesondere eine Ge schwindigkeit, mit der die Abfolge von Strahlpositionen 217 in einem Segment (Pfadsegmen te 201 A, 201B) des Bestrahlungspfads 201 abgetastet wird, konstant ist oder in einem Soll- Geschwindigkeitsbereich um eine vorgegebene Geschwindigkeit bleibt. In particular, a change in the optical deflection of the energy beam can at least partially compensate for a change in the mechanical deflection of the energy beam in a direction transverse to the irradiation path 201, so that the irradiation path 201 deviates from a sequence of irradiation positions (scan path 203) set with the scanner device 7. Optionally, the optical deflection of the energy beam (5) can have a component in the direction of the radiation path 201, so that in particular a speed at which the sequence of beam positions 217 in a segment (path segments 201A, 201B) of the radiation path 201 is scanned is constant is or remains in a target speed range around a predetermined speed.
Allgemein können sich eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls und eine Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls in mindestens einer ersten Richtung zumindest teilweise kompensieren. In mindestens einer zweiten Richtung können sich eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls und eine Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls addieren. Die dynamische Achse führt eine Ausgleichsbewegung derart durch, dass der Energiestrahl auf der eckigen Kontur, in Fig. 7A den linearen Pfadsegmenten 201 A, 201B, verbleibt. Dabei ist ein Abbremsen und Wiederbeschleunigen im Bereich der Ecke E durch die Beschleuni gung der dynamischen Achse begrenzt, die größer ist als die der mechanischen Ablenkung, so dass Überhitzungsrisiken zumindest deutlich gesenkt werden können. Es muss bei der Pla nung der Bestrahlungsstrategie lediglich darauf geachtet werden, dass Positionsabweichungen der von der trägen Achse eingestellten Bestrahlungspositionen von den für die Zielkontur be nötigten Strahlpositionen durch die dynamischen Achsen kompensiert werden können. Im Fall der Fig. 7A liegen die auszugleichenden Positionsabweichungen im Bereich eines Strahlbe reichs 215, der in Fig. 7A für eine Bestrahlungsposition 211 schematisch eingezeichnet ist.In general, a change in the optical deflection of the energy beam and a change in the mechanical deflection of the energy beam can at least partially compensate for one another in at least a first direction. A change in the optical deflection of the energy beam and a change in the mechanical deflection of the energy beam can add up in at least a second direction. The dynamic axis performs a compensating movement such that the energy beam remains on the angular contour, in Figure 7A the linear path segments 201A, 201B. Braking and re-accelerating in the area of the corner E is limited by the acceleration of the dynamic axis, which is greater than that of the mechanical deflection, so that the risk of overheating can be at least significantly reduced. When planning the irradiation strategy, care must be taken to ensure that deviations in the position of the irradiation positions set by the inertial axis from the beam positions required for the target contour can be compensated for by the dynamic axes. In the case of FIG. 7A, the positional deviations to be compensated for are in the area of a beam area 215, which is shown schematically for an irradiation position 211 in FIG. 7A.
Die Positionsabweichung zum Zeitpunkt der Einnahme der Bestrahlungsposition 211 durch die Scannereinrichtung entspricht einer Strecke DCE, falls zu diesem Zeitpunkt der Energie strahl auf die Ecke E treffen soll. Aufgrund der Weglängenunterschiede zwischen dem Be strahlungspfad 201 und dem Scanpfad 203 kann, um eine konstante Abtastgeschwindigkeit zu erreichen, die mechanische Ablenkung in der Geschwindigkeit reduziert werden. Beispielhaft wurde ein Vorauslaufen der Strahlposition durch eine Strecke AXV angedeutet. The positional deviation at the time when the scanner device assumes the irradiation position 211 corresponds to a distance DCE if the energy beam is to strike the corner E at this time. Due to the path length differences between the irradiation path 201 and the scanning path 203, in order to achieve a constant scanning speed, the mechanical deflection can be reduced in speed. Leading of the beam position was indicated by a line AXV as an example.
Allgemein kann eine Abtastgeschwindigkeit entlang des Bestrahlungspfads 201 durch ein Abstimmen der Geschwindigkeiten der mechanischen Ablenkung und der optischen Ablen kung gewählt werden. Auf diese Weise kann auch auf den Energieeintrag des Energiestrahls entlang des Bestrahlungspfads 201 Einfluss genommen werden. In general, a scan speed along the irradiation path 201 can be chosen by matching the speeds of the mechanical deflection and the optical deflection. In this way, the energy input of the energy beam along the irradiation path 201 can also be influenced.
Somit können es die hierin beschriebenen Aspekte insbesondere ermöglichen, Bremsphasen, Beschleunigungsphasen und dadurch erforderliche Anpassungen in der Energie des Energie strahls zu reduzieren oder sogar zu vermeiden. Somit kann auch der Aufwand in der Prozess entwicklung reduziert werden, da insbesondere Anpassungen der Energie im Energiestrahl für jeden Pulvermaterial typ (Korngrößenverteilung, chemische Zusammensetzung) durchzufüh ren sind. Thus, the aspects described herein can make it possible, in particular, to reduce or even avoid braking phases, acceleration phases and adjustments in the energy of the energy beam that are required as a result. This also reduces the effort involved in developing the process, since the energy in the energy beam in particular has to be adjusted for each type of powder material (particle size distribution, chemical composition).
Beispielsweise bei der additiven Fertigung des in Fig. 1 gezeigten Bauteils 4 kann die Ecke E Teil einer Überhangstruktur sein. Um den Energieeintrag in die Ecke weiter zu reduzieren, kann die Belichtung weiter mithilfe der optischen Ablenkeinheit modifiziert werden, wie nachfolgend in Zusammenhang mit Fig 7B erläutert wird. Vorausgesetzt eine zu formende eckige Struktur weist Dimensionen auf, die im Wesentlichen der Reichweite von instantanen sprunghaften optischen Ablenkungen liegen, kann die eckige Kontur wieder mit linearen Pfadsegmenten 201 A und 201B' des Bestrahlungspfads 201 erfolgen. Die mechanische Ab lenkung kann z.B. eine Abfolge von mit der Scannereinrichtung eingestellten Bestrahlungspo sitionen bewirken, die auf einem gekrümmten Scanpfad 203 angeordnet ist. Dabei wird nun jedoch jedes der Pfadsegmente 201 A und 201B' in Richtung zu der Ecke E des Bestrahlungs pfads (allgemein hin zu einer auszubildenden Verjüngung/Spitze eines Bauteils) kontinuier lich, optional mit einer variierenden Scangeschwindigkeit, abgetastet. Die Pfadsegmente 201 A und 201B' sind ebenfalls Beispiele für Unterabfolgen von Strahlpositionen, die jeweils mehre re Strahlpositionen umfassen. Entsprechend wurde die Pfeilspitze auch des Pfadsegments 201B' bei der Ecke E gezeichnet. Beispielsweise kann zuerst eine Abtastung entlang des Pfadsegments 201 A vorgenommen werden, wobei Abweichungen der mechanischen Ablen kung wieder durch die optische Ablenkung kompensiert werden. Wurde die Ecke E erreicht, erfolgt nun ein Sprung mithilfe der optischen Ablenkeinrichtung an den Anfang des Pfadseg ments 201B' und von dort ausgehend ebenfalls wieder ein Abtasten in Richtung der Ecke E des Bestrahlungspfads 201. For example, in the additive manufacturing of the component 4 shown in FIG. 1, the corner E can be part of an overhang structure. In order to further reduce the energy input into the corner, the exposure can be further modified using the optical deflector, as explained below in connection with FIG. 7B. Provided one to be formed Angular structure has dimensions that are essentially the range of instantaneous erratic optical deflections, the angular contour can again be made with linear path segments 201A and 201B' of the irradiation path 201. The mechanical deflection can bring about, for example, a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which is arranged on a curved scan path 203 . However, each of the path segments 201A and 201B' is now continuously scanned in the direction of the corner E of the irradiation path (generally towards a taper/tip of a component to be formed), optionally with a varying scanning speed. Path segments 201A and 201B' are also examples of sub-sequences of ray positions, each comprising a plurality of ray positions. Similarly, the arrowhead of path segment 201B' was also drawn at corner E. For example, first a scan can be made along the path segment 201A, with deviations in the mechanical deflection being compensated again by the optical deflection. If the corner E has been reached, the optical deflection device jumps to the start of the path segment 201B' and, starting from there, also scans again in the direction of the corner E of the irradiation path 201.
Auf diese Weise können allgemein Verfestigungsprozesse vom „besser wärmeableitenden“ Bereich in einen „schlechter wärmeableitenden“ Bereich (z.B. eine Spitze in der zu fertigen den Struktur des Bauteils 4) erfolgen, wodurch eine Gefahr der Überhitzung weiter reduziert werden kann. Es wird angemerkt, dass gerade die hierin vorgeschlagenen Konzepte zur Auf teilung in eine mechanische und eine optische Ablenkung ein derartiges Vorgehen vorteilhaft umsetzen lassen. Eine Abschaltung des Energiestrahls ist dabei nicht vorzunehmen, da der benötigte Sprung quasi instantan erfolgt, sodass wertvolle Zeit durch das Verlagern des Ener giestrahls vor der Fortführung des Prozesses „von der anderen Seite aus“ nicht verloren wird. In this way, hardening processes can generally take place from the "better heat dissipating" area to a "poorer heat dissipating" area (e.g. a peak in the structure of component 4 to be manufactured), which can further reduce the risk of overheating. It is noted that precisely the concepts proposed here for dividing into a mechanical and an optical deflection allow such a procedure to be advantageously implemented. The energy beam does not have to be switched off, since the required jump occurs almost instantaneously, so that valuable time is not lost by shifting the energy beam before the process can be continued “from the other side”.
Fig. 7C verdeutlicht ferner, wie überdies die Fertigung einer eckigen Struktur durch Erhöhen der eingestrahlten Energie beschleunigt werden kann, wenn die Möglichkeit einer instantanen sprunghaften optischen Ablenkung zusätzlich genutzt wird. D.h., es kann ein Energieeintrag mit dem Energiestrahl (z.B. die Leistung eines Laserstrahls) verwendet werden, der über ei nem Grenzwert liegt, wie er üblicherweise für ein Pulvermaterialtyp (Korngrößenverteilung, chemische Zusammensetzung des Pulvermaterials 2) bei einer kontinuierlichen Abtastung mit einem Strahldurchmesser bei vorgegebener Abtastgeschwindigkeit vorbestimmt wird und bei- spielsweise bei einer Bestrahlung nach den in Zusammenhang mit den Figuren 7A und 7B erläuterten Bestrahlungsstrategien zu beachten ist. FIG. 7C further illustrates how the manufacture of an angular structure can be accelerated by increasing the radiated energy if the possibility of an instantaneous abrupt optical deflection is also used. This means that an energy input with the energy beam (e.g. the power of a laser beam) can be used that is above a limit value, as is usually the case for a powder material type (particle size distribution, chemical composition of the powder material 2) in continuous scanning with a beam diameter at a specified scanning speed is predetermined and for example, in the case of irradiation according to the irradiation strategies explained in connection with FIGS. 7A and 7B.
Dazu werden wie in Fig. 7C zwei (insbesondere lineare, und gemeinsam eine Bestrahlungs pfadecke (E) ausbildende) Pfadsegmente 201 A" und 201B" als Beispiele von Unterabfolgen von Strahlpositionen 217 gezeigt. Die Unterabfolgen werden punktweise, d.h. an den Strahl positionen 217, und zugleich von innen nach außen, d.h., zur Ecke E hin, belichtet. Dazu kann der Energiestrahl abwechselnd auf mindestens eine Strahlposition der Unterabfolge einer ers ten der Bestrahlungspfadsegmente, z.B. Pfadsegment 201 A", und mindestens eine Strahlposi tion der Unterabfolge einer zweiten der Bestrahlungspfadsegmente, z.B. Pfadsegment 201B", verlagert werden. Zur Verdeutlichung ist in Fig. 7C eine beispielhafte Reihenfolge 1 bis 10 in beispielhaften zehn Strahlpositionen (mit kreisförmig angedeuteten sich überlappenden Auf schmelzbereichen) entlang den Pfadsegmenten 201A" und 201B" angegeben. Die optische Ablenkung muss zumindest ein Springen von Strahlposition 1 zu Strahlposition 2 ermögli chen. Allgemein kann das Verlagern mit der optischen Ablenkung zwischen den Unterabfol gen sprunghaft erfolgen. Das Verändern der mechanischen Ablenkung kann kontinuierlich, optional mit variierender Scangeschwindigkeit, erfolge. Beispielsweise kann die mechanische Ablenkung eine Abfolge von mit der Scannereinrichtung eingestellten Bestrahlungspositionen 211 bewirkt, die auf einem gekrümmten Scanpfad 203 angeordnet ist. For this purpose, as in FIG. 7C, two path segments 201A" and 201B" (particularly linear and jointly forming a radiation path corner (E)) are shown as examples of subsequences of beam positions 217. The subsequences are exposed point by point, i.e. at beam positions 217, and simultaneously from the inside out, i.e. towards corner E. For this purpose, the energy beam can alternately be shifted to at least one beam position of the subsequence of a first of the radiation path segments, e.g. path segment 201A", and at least one beam position of the subsequence of a second of the radiation path segments, e.g. path segment 201B". For clarification, an exemplary sequence 1 to 10 in exemplary ten beam positions (with overlapping melting areas indicated in a circle) along the path segments 201A" and 201B" is indicated in FIG. 7C. The optical deflection must at least make it possible to jump from beam position 1 to beam position 2. In general, the shifting with the optical deflection between the sub-sequences can be abrupt. The mechanical deflection can be changed continuously, optionally with a varying scanning speed. For example, the mechanical deflection can bring about a sequence of irradiation positions 211 set with the scanner device, which are arranged on a curved scan path 203 .
In Fig. 8 wird ein weiteres Beispiel für ein mögliches Zusammenwirken von mechanischer Ablenkung und optischer Ablenkung bei der Ausbildung eines Bestrahlungspfads 301gezeigt. Der Bestrahlungspfad 301 umfasst einen Bereich einer abrupten Krümmung K, bis zu der der Energiestrahl rein mechanisch mit konstanter Geschwindigkeit geführt werden kann.Ein Fol gen der Krümmung K wird durch ein Aktivieren der optischen Ablenkung ermöglicht, die den Energiestrahl auf dem Bestrahlungspfad 301 hält, während der Scanpfad 303 der mechani schen Ablenkung der Scannereinrichtung träge über den Punkt der Krümmung hinausfährt, bevor er beschleunigt auf den Bestrahlungspfad 301 zurückgeführt wird, um die alleinige Füh rung des Energiestrahls wieder zu übernehmen. Die mechanische Ablenkung bewirkt hier eine Abfolge von mit der Scannereinrichtung eingestellten Bestrahlungspositionen, die auf einem gekrümmten Scanpfad 303 angeordnet ist und kontinuierlich, optional mit einer variierenden Scangeschwindigkeit, abgetastet wird, wobei die Krümmung des Scanpfads 303 geringer ist als die Krümmung des Krümmungssegments. Bespielhaft sind in Fig. 8 eine Bestrahlungspo sition 311, ein zugehöriger Strahlbereich 315 sowie optische Korrekturstrecken DC gezeigt. Die Figuren 9A und 9B erläutern die Ausbildung von Bestrahlungspfaden, bei denen mit Hilfe einer lateralen optischen Ablenkung eine Verbreiterung eines „mechanischen“ Scanvektors (Scanpfad) über einen Durchmesser des Energiestrahls hinaus vorgenommen wird. Die Ver breiterung wird in den Figuren 9A und 9B als Streifen 403' bzw. 503' angedeutet. Der Streifen 403' bzw. 503' stellt einen zu belichtenden Bereich einer Schicht dar, beispielsweise einen Abschnitt, der bei der Fertigung einen Überhangbereich des Bauteils bildet. FIG. 8 shows a further example of a possible interaction of mechanical deflection and optical deflection when forming an irradiation path 301. The irradiation path 301 includes an area of abrupt curvature K up to which the energy beam can be guided purely mechanically at constant speed the scanning path 303 of the mechanical deflection of the scanner device moves sluggishly beyond the point of curvature before it is accelerated back to the irradiation path 301 in order to take over the sole management of the energy beam again. The mechanical deflection causes a sequence of irradiation positions set with the scanner device, which is arranged on a curved scan path 303 and scanned continuously, optionally at a varying scan speed, with the curvature of the scan path 303 being less than the curvature of the curved segment. A radiation position 311, an associated beam area 315 and optical correction paths DC are shown in FIG. 8 as an example. FIGS. 9A and 9B explain the formation of radiation paths in which a “mechanical” scan vector (scan path) is broadened beyond a diameter of the energy beam with the aid of a lateral optical deflection. The widening is indicated in Figures 9A and 9B as strips 403' and 503', respectively. The strip 403' or 503' represents a region of a layer to be exposed, for example a section which forms an overhang region of the component during manufacture.
Für eine gegebene Kombinierbarkeit von mechanischer Ablenkung und optischer Ablenkung werden nachfolgend beispielhaft zwei Strategien zur Bearbeitung von Überhangbereichen unter Vermeidung einer lokalen Überhitzung erläutert: For a given combinability of mechanical deflection and optical deflection, two strategies for processing overhanging areas while avoiding local overheating are explained below as examples:
Fig. 9A zeigt eine quasi -stationäre Belichtungsstrategie, bei der der Bestrahlungspfad eine Unterabfolge von Strahlpositionen umfasst, deren Positionen bei im Arbeitsbereich an einer Bestrahlungsposition fixierter mechanischer Ablenkung innerhalb eines zugehörigen Strahlbe reichs der Ablenkeinrichtung liegen. Eine Scannereinrichtung positioniert den Energiestrahl an einer Bestrahlungsposition 411 A, die z.B. einer Mittelpunktposition einer zu belichtenden Teilfläche T eines Scanvektors entspricht. Mit einem optischen Deflektor der optischen Ab lenkeinrichtung wird der Energiestrahl dann nacheinander auf unterschiedliche Strahlpositio nen 417 der Teilfläche T gerichtet, um diese in einer vorgegebenen Reihenfolge während ei ner vorgegebenen Dauer zu belichten. Eine beispielhafte Reihenfolge 1-2-3-4-5-6-7...n bei der Einnahme der einzunehmenden Strahlpositionen 417 ist in Fig. 9A angedeutet. Bei dieser Reihenfolge werden benachbarte Stellen nicht direkt nacheinander belichtet. Die Teilfläche T ist dabei in den Ausmaßen durch den Strahlbereich 415 bezüglich der Bestrahlungsposition 411 A begrenzt. Im vorliegenden Fall ist die Teilfläche T kleiner als der Strahlbereich 415. Die Unterabfolge der Strahlpositionen auf der Teilfläche T wird nur durch eine Veränderung der optischen Ablenkung bei fixierter mechanischer Ablenkung abgetastet. 9A shows a quasi-stationary exposure strategy in which the irradiation path comprises a subsequence of beam positions whose positions lie within an associated beam area of the deflection device when the mechanical deflection is fixed at an irradiation position in the working area. A scanner device positions the energy beam at an irradiation position 411A, which corresponds, for example, to a center position of a partial area T to be exposed of a scan vector. With an optical deflector of the optical deflection device, the energy beam is then successively directed to different beam positions 417 of the partial area T in order to expose them in a predetermined sequence for a predetermined period. An exemplary sequence 1-2-3-4-5-6-7...n when taking the beam positions 417 to be taken is indicated in FIG. 9A. With this sequence, adjacent areas are not exposed directly one after the other. In this case, the partial area T is limited in terms of dimensions by the beam region 415 with respect to the irradiation position 411A. In the present case, the partial area T is smaller than the beam area 415. The subsequence of the beam positions on the partial area T is scanned only by changing the optical deflection with a fixed mechanical deflection.
Mit dem Ziel eines verbesserten Fertigungsprozesses wird wie oben beschrieben der Energie strahl möglichst nur nicht benachbarte Strahlpositionen 417 direkt nacheinander belichten. Während der Belichtung der Teilfläche T durch die schnelle Ablenkung findet keine Verlage rung der Bestrahlungsposition 411 (d.h., keine Bewegung der Scannereinrichtung) statt. Es liegt somit vorübergehend hinsichtlich der mechanischen Ablenkung eine statische Belich tungssituation vor. Wurde die gesamte Teilfläche T belichtet, wird die Scannereinrichtung aktiviert und eine neue Bestrahlungsposition 411B eingestellt, sodass ein sich anschließender Teilbereich des Streifens 403' belichtet werden kann. With the goal of an improved manufacturing process, as described above, the energy beam will only expose non-adjacent beam positions 417 directly one after the other. During the exposure of the partial area T by the rapid deflection, there is no displacement of the irradiation position 411 (ie no movement of the scanner device). A static exposure situation is therefore temporarily present with regard to the mechanical deflection. If the entire sub-area T has been exposed, the scanner device is activated and a new irradiation position 411B is set, so that an adjoining partial area of the strip 403' can be exposed.
Fig. 9B zeigt eine on-the-fly Belichtung, bei der eine mechanische Ablenkung durchgehend vorgenommen und mit einer optischen Ablenkung überlagert wird. Die Scannereinrichtung führt den Energiestrahl entlang einer definierten Bahn, dem Scanpfad 503. Der Scanpfad 503 kann - wie im Beispiel der Fig. 9B - ein linearer Scanvektor sein oder er kann einer vorgege benen Kontur folgen. Zeitgleich zu der mechanischen Scanbewegung springt der Energiestrahl mittels optischer Ablenkung an Strahlpositionen 517, die z.B. rechts und links, d.h., seitlich, sowie auf dem Scanpfad 503 liegen können. Auch hier wird der Energiestrahl dabei möglichst nur nicht benachbarte Strahlpositionen 517 direkt nacheinander belichten. Eine beispielhafte Reihenfolge 1-2-3-4-5 für die Einnahme der einzunehmenden Strahlpositionen 517 ist in Fig. 9B angedeutet. 9B shows an on-the-fly exposure in which a mechanical deflection is carried out continuously and an optical deflection is superimposed. The scanner device guides the energy beam along a defined path, the scan path 503. The scan path 503 can—as in the example in FIG. 9B—be a linear scan vector or it can follow a given contour. At the same time as the mechanical scanning movement, the energy beam jumps to beam positions 517 by means of optical deflection, which can be e.g. to the right and left, i.e. to the side, as well as on the scan path 503. Here, too, the energy beam will only expose non-adjacent beam positions 517 directly one after the other, if possible. An exemplary order 1-2-3-4-5 for taking the beam positions 517 to be taken is indicated in FIG. 9B.
Gemäß den Ausführungsformen zum Beispiel der der Figuren 7A bis 9B kann die Scannerein richtung derart angesteuert werden, dass die mechanische Ablenkung den Energiestrahl konti nuierlich/schrittweise an einer Abfolge von Bestrahlungspositionen positioniert. Zugleich wird die Ablenkeinrichtung derart angesteuert, dass der Energiestrahl nacheinander die Strahlposi tionen von Unterabfolgen einnimmt, die den Strahlbereich der entsprechenden Bestrahlungs position 411, und insbesondere eine vorgegebene Strahlform des Strahlbereichs (siehe z.B. den Strahlbereich 415 und die Teilfläche T in Fig. 9A), teilweise oder vollständig abdecken. According to the embodiments, for example that of FIGS. 7A to 9B, the scanner device can be controlled in such a way that the mechanical deflection positions the energy beam continuously/incrementally at a sequence of irradiation positions. At the same time, the deflection device is controlled in such a way that the energy beam successively assumes the beam positions of sub-sequences that define the beam area of the corresponding irradiation position 411, and in particular a predetermined beam shape of the beam area (see, for example, the beam area 415 and the partial area T in FIG. 9A). cover partially or completely.
Mit Blick auf die verschiedenen Ausführungsbeispiele zur Bestrahlung von Strahlpositionen wird der Fachmann ferner anerkennen, dass die Ablenkeinrichtung derart angesteuert werden kann, dass der Energiestrahl an einer Bestrahlungsposition der Mehrzahl von Bestrahlungspo sitionen innerhalb eines Strahlbereichs an eine Mehrzahl von Strahlpositionen verlagert wird, um ein zu bestrahlendes Strahlprofil des Strahlbereichs während der Herstellung eines Bau teils zu formen. Dabei kann der Energiestrahl sprunghaft an die Mehrzahl von diskreten Strahlpositionen des zu bestrahlenden Strahlprofils verlagert wird. Ferner kann der Energie strahl insbesondere räumlich aneinander angrenzende Strahlpositionen im Strahlbereich über springen und insbesondere nur räumlich nicht-aneinander angrenzende Strahlpositionen im Strahlbereich zeitlich aufeinanderfolgend einnehmen. Die Figuren 10A bis 10D erläutern Bestrahlungsstrategien für eine additive Fertigung von filigranen Strukturen, bei denen eine Detailbelichtung von Teilbereichen nur mittels optischer Ablenkung durchgeführt wird. With regard to the various exemplary embodiments for irradiating beam positions, those skilled in the art will also recognize that the deflection device can be controlled in such a way that the energy beam at one irradiation position of the plurality of irradiation positions within a beam area is displaced to a plurality of beam positions in order to a to be irradiated To shape the beam profile of the beam area during the manufacture of a part. The energy beam can be shifted abruptly to the plurality of discrete beam positions of the beam profile to be irradiated. Furthermore, the energy beam can, in particular, leap over beam positions in the beam area that are spatially adjacent to one another and, in particular, can only occupy beam positions in the beam area that are not spatially adjacent to one another in temporal succession. FIGS. 10A to 10D explain irradiation strategies for an additive manufacturing of filigree structures, in which a detailed exposure of partial areas is carried out only by means of optical deflection.
Ähnlich wie in Fig. 9A kann für eine fixierte mechanische Ablenkung eine Unterabfolge von Strahlpositionen eine Aufreihung von parallel verlaufenden, insbesondere linearen, Scanvek toren ausbilden und eine Länge eines jeden der Scanvektoren kann kleiner oder gleich einem Ausmaß des Strahlbereichs der Ablenkeinrichtung in Richtung des jeweiligen Scanvektors sein. Similar to Fig. 9A, for a fixed mechanical deflection, a sub-sequence of beam positions can form a series of parallel, in particular linear, scan vectors and a length of each of the scan vectors can be less than or equal to an extent of the beam area of the deflection device in the direction of the respective scan vector being.
Bei filigranen Bauteilen ergeben sich bei der Bestrahlungsplanung häufig eine Anzahl von kurzen Scanvektoren. Mit anderen Worten kann der Bestrahlungspfad eine Mehrzahl von Un terabfolgen von Strahlpositionen umfassen, deren Positionen bei im Arbeitsbereich an einer jeweils zu einer Unterabfolge gehörenden Bestrahlungsposition fixierter mechanischer Ablen kung innerhalb eines Strahlbereichs der Ablenkeinrichtung liegen. In the case of filigree components, there are often a number of short scan vectors when planning the irradiation. In other words, the irradiation path can comprise a plurality of sub-sequences of beam positions whose positions lie within a beam range of the deflection device when mechanical deflection is fixed in the work area at an irradiation position belonging to a sub-sequence.
Bei Ansteuerung der kurzen Vektoren mit einer relativ trägen mechanischen Scannereinrich tung erfordert die Belichtung einen hohen Anteil an Beschleunigungs- und Abbremswegen (Skywriting, Scanner-Delay) zwischen den einzelnen kurzen Vektoren. Dies bedingt somit einen hohen nicht-produktiven Zeitanteil bei der Belichtung, wenn die Belichtung allein z.B. mit der Scannereinrichtung 7 in Fig 1 durchgeführt wird. Ferner kann eine aufeinanderfolgen de Belichtung von kurzen Vektoren zu einer lokalen Überhitzung führen oder es können (um die lokale Überhitzung zu vermeiden) stattdessen Prozesspausen erzwungen werden, die beim Einsatz einer mechanischen Ablenkung für filigrane Strukturen vorzusehen sind. Die Prozess pausen sind so zu wählen, dass sie gewährleisten, dass entlang des Bestrahlungspfads ausrei chend Wärme abfließen kann. When the short vectors are controlled with a relatively sluggish mechanical scanner device, the exposure requires a large proportion of acceleration and braking distances (skywriting, scanner delay) between the individual short vectors. This therefore causes a high proportion of non-productive time during the exposure if the exposure is carried out solely with the scanner device 7 in FIG. 1, for example. Furthermore, successive exposure of short vectors can lead to local overheating or (in order to avoid local overheating) process pauses can be forced instead, which are to be provided for when mechanical deflection is used for filigree structures. The process pauses should be chosen to ensure that sufficient heat can dissipate along the irradiation path.
Mit den hierin offenbarten Konzepten der Kombination von z.B. einem Galvanoscanner und einem AOD erfolgt ein Schreiben/Belichten von filigranen Strukturen nur mit der optischen Ablenkung des AOD. Mit anderen Worten kann jede der Mehrzahl von Unterabfolgen nur durch eine Veränderung der optischen Ablenkung bei fixierter mechanischer Ablenkung abge tastet werden. Zwischen dem Abtasten von zwei Unterabfolgen der Mehrzahl von Unterabfol gen kann die mechanische Ablenkung von einer Bestrahlungsposition zu einer anderen Be- Strahlungsposition verändert werden. Dies kann Wartezeiten und/oder Überhitzungen reduzie ren oder vermeiden. With the concepts disclosed here of the combination of, for example, a galvano scanner and an AOD, filigree structures are written/exposed using only the optical deflection of the AOD. In other words, each of the plurality of subsequences can be sampled only by changing the optical deflection with the mechanical deflection fixed. Between the scanning of two sub-sequences of the plurality of sub-sequences, the mechanical deflection from one exposure position to another exposure Radiation position can be changed. This can reduce or avoid waiting times and/or overheating.
Die Figuren 10A bis 10D zeigen Skizzen zur Erläuterung von Bestrahlungsstrategien für eine additive Fertigung von filigranen Strukturen. Fig. 10A zeigt eine Bestrahlungsstrategie für eine spitzzulaufende filigrane Struktur F in einer Bauteilschicht. Der filigranen Struktur wird für die Belichtung eine Teilfläche T M zugeordnet, in der die Belichtung ausschließlich ent lang einer Gruppe von langen, gestrichelt dargestellten Scanvektoren S_M durchgeführt wird. Die langen Scanvektoren S_M können beispielsweise allein mittels mechanischer Ablenkung des Laserstrahls belichtet/abgetastet werden und stellen dann Bestrahlungspfade der Scanner einrichtung dar. FIGS. 10A to 10D show sketches for explaining irradiation strategies for additive manufacturing of filigree structures. FIG. 10A shows an irradiation strategy for a filigree structure F tapering to a point in a component layer. For the exposure, the filigree structure is assigned a sub-area T M , in which the exposure is carried out exclusively along a group of long scan vectors S_M represented by dashed lines. The long scan vectors S_M can, for example, be exposed/scanned solely by means of mechanical deflection of the laser beam and then represent radiation paths of the scanner device.
Man erkennt in den Figuren 10A bis 10D, dass die filigrane Struktur in der Bauteilschicht auch eine schmale sich veijüngende Teilfläche T O ausbildet. In der schmalen Teilfläche T O ist die filigrane Struktur auf eine Breite verjüngt, die kleiner ist als das Ausmaß eines mögli chen Strahlbereichs 615 der optischen Ablenkvorrichtung. Beispielhafte Strahlbereiche 615 sind in Fig. 10A um Bestrahlungspositionen 611 angedeutet. It can be seen in FIGS. 10A to 10D that the filigree structure in the component layer also forms a narrow, tapering partial area T O . In the narrow partial area T O, the filigree structure is tapered to a width that is smaller than the extent of a possible beam area 615 of the optical deflection device. Exemplary beam regions 615 are indicated around irradiation positions 611 in FIG. 10A.
Bei diesen Größenverhältnissen kann eine Änderung in der Art der Abtastung erfolgen, bei der nun ausschließlich das Abtasten mittels optischer Ablenkung bewirkt wird. Die Figuren 10A bis 10D zeigen für die schmalen Teilflächen T O der Bauteilschicht der filigranen Struk tur F kurze Scanvektoren S O. Die kurzen Scanvektoren S O werden nur mittels optischer Ablenkung des Laserstrahls abgetastet und zwar bei With these proportions, a change in the type of scanning can take place, in which scanning is now exclusively effected by means of optical deflection. FIGS. 10A to 10D show short scan vectors S O for the narrow partial areas T O of the component layer of the filigree structure F. The short scan vectors S O are scanned only by means of optical deflection of the laser beam, namely at
- z.B. stehendem Galvanoscanner-Spiegeln (Bestrahlungspositionen 611 in Fig. 10A) oder- e.g. stationary galvano scanner mirroring (irradiation positions 611 in Fig. 10A) or
- sich nur langsam bewegenden Galvanoscanner-Spiegeln (Scanpfad 703 Fig. 10B). - slowly moving galvano scanner mirrors (scan path 703 Fig. 10B).
Durch die schnelle optische Ablenkung mittels AOD entfallen nachteilige Delay-Zeiten beim Wechsel zwischen kurzen Scanvektoren S O. Due to the fast optical deflection using AOD, there are no disadvantageous delay times when switching between short scan vectors S O.
Da aufgrund der kurzen Scanvektoren ein Belichten der Reihe nach zu Überhitzungen führen kann, wenn der Energiestrahl zu schnell wieder nahe an einem zuvor belichteten Bereich ein strahlt, kann außerdem die Belichtungsreihenfolge der einzelnen kurzen Scanvektoren S O der Teilfläche T O in nahezu beliebiger Vektor-Reihenfolge erfolgen. Fig. 10C verdeutlicht Vektor-Reihenfolgen 1-2-3-4-5, l'-2'-3'-4'-5', l"-2"-3" für den Fall einer vorübergehend stati onären mechanischen Ablenkung. So werden z.B. in den drei Strahlbereichen 815, die um Be- Strahlungspositionen 811 optisch abgetastet werden können, immer mindestens ein kurzer Scanvektor S O übersprungen. Since, due to the short scan vectors, sequential exposure can lead to overheating if the energy beam re-radiates too quickly close to a previously exposed area, the individual short scan vectors SO of the partial area TO can also be exposed in almost any vector sequence. Fig. 10C illustrates vector orders 1-2-3-4-5, 1'-2'-3'-4'-5', 1"-2"-3" for the case of transient stationary mechanical deflection. For example, in the three beam areas 815, which are Radiation positions 811 can be scanned optically, at least one short scan vector SO is always skipped.
In Fig. 10C wurde ferner für die Scanvektoren S_M und S O jeweils eine Scanrichtung ange deutet, die bei aufeinander folgenden Scanvektoren (ob kurz oder lang) jeweils invertiert ist. In FIG. 10C, a scanning direction was also indicated for the scan vectors S_M and S_O, which is inverted in each case for successive scan vectors (whether short or long).
Mit anderen Worten können mithilfe der optischen schnellen Ablenkung nicht benachbarte kurze Scanvektoren S O abgetastet werden, die immer einen Mindestabstand aufweisen, so- dass - ohne Anhalten der optischen Ablenkung - die kurzen Scanvektoren S O der filigranen Struktur F effizient abgearbeitet werden können. In other words, the optical fast deflection can be used to scan non-adjacent short scan vectors S O that always have a minimum distance, so that—without stopping the optical deflection—the short scan vectors S O of the filigree structure F can be processed efficiently.
Fig. 10D zeigt einen weiteren Vorteil der Flexibilität der optischen Ablenkung. So ermöglicht die Verwendung der optischen Ablenkung, dass immer in eine Richtung gescannt werden kann. Aufgrund der schnellen Ablenkung innerhalb des Strahlbereichs 915 fallen dazu not wendige Leer-Fahrten zeitlich nicht ins Gewicht. Beispielsweise kann die Abtastung der kur zen Scanvektoren S O der filigranen Struktur F in der Scanrichtung möglichst gegen eine über den Arbeitsbereich 9 geführte Gasströmung G gerichtet werden, wodurch gerade im Be reich der filigranen Struktur F eine höhere Prozessqualität erreicht werden kann. Figure 10D shows another advantage of flexibility in optical deflection. The use of optical deflection enables scanning to always be in one direction. Due to the rapid deflection within the beam area 915, necessary empty runs are not significant in terms of time. For example, the scanning of the short scan vectors S O of the filigree structure F can be directed in the scan direction against a gas flow G guided over the work area 9, which means that a higher process quality can be achieved in the area of the filigree structure F.
Die kurze Scanvektoren S O sind ebenfalls Beispiele für Unterabfolgen von Strahlpositionen, die jeweils mehrere Strahlpositionen umfassen. The short scan vectors S O are also examples of sub-sequences of beam positions, each of which comprises a plurality of beam positions.
Mit Blick auf die verschiedenen Ausführungsbeispiele zur Bestrahlung von Unterabfolgen von Strahlpositionen wird der Fachmann anerkennen, dass unter Berücksichtigung, insbeson dere Gewährleistung, des Abflusses der mit dem Energiestrahl in die Unterabfolgen eingetra genen Energie eine Anzahl von Unterabfolgen entlang des Bestrahlungspfads und/oder eine Anzahl von Strahlpositionen in einer der Unterabfolgen und/oder ein räumlicher Abstand zwi schen nacheinander eingenommenen Unterabfolgen bestimmt werden kann. Insbesondere ei ner Limitierung der mit dem Energiestrahl in die Unterabfolgen eingetragenen Energie oder Bestrahlungsdauer kann vorgenommen werden. With a view to the various exemplary embodiments for the irradiation of subsequences of beam positions, the person skilled in the art will recognize that, taking into account, in particular ensuring, the dissipation of the energy introduced into the subsequences with the energy beam, a number of subsequences along the irradiation path and/or a number of Beam positions in one of the subsequences and/or a spatial distance between successively occupied subsequences can be determined. In particular, the energy or irradiation duration entered with the energy beam into the sub-sequences can be limited.
Die Auswahl von Energie und Bestrahlungsdauer an einer Strahlposition hängt u.a. davon ab, ob man bspw. zwischen zwei, drei oder noch mehr Unterabfolgen springt: Überspringt man bspw. nur eine Strahlposition, so dass es ggfs noch eine, wenn auch reduzierte, thermische Interaktion zwischen-beiden Unterabfolgen gibt, und springt nur zwischen zwei Unterabfol- gen hin und her, kann man pro Zeiteinheit evtl doppelt so viel Energie in jede der Unterabfol gen einbringen (im Vergleich zur kontinuierlichen Bestrahlung); analog wenn man z.B. zwi schen vier Unterabfolgen springt (vorausgesetzt gleiche Bestrahlungszeit pro Strahlposition). Man kann also ggfs auch nahe, thermisch interagierende Unterabfolgen bestrahlen, wenn man genug „thermische Pausen“ zwischen den Belichtungen durch weitere Belichtung an anderen Unterabfolgen/Strahlpositionen einbaut. Thermisch relevant ist unter anderem, ob an einer Stelle die während der Fertigung eingebrachte Energie/Leistung derart über der abfließenden Wärme/Leistung liegt, dass eine zu hohe Spitzentemperatur erreicht wird, die beispielsweise zu Verfärbungen, instabilem Fertigungsprozess oder anderen Problemen führen könnte. The selection of energy and irradiation duration at a beam position depends, among other things, on whether one jumps, for example, between two, three or even more sub-sequences: If one skips, for example, only one beam position, so that there may still be a thermal interaction, albeit a reduced one, between -both sub-sequences, and only jumps between two sub-sequences back and forth, one may be able to put twice as much energy into each of the subsequences per unit time (compared to continuous irradiation); analogous if you jump between four sub-sequences, for example (assuming the same irradiation time per beam position). If necessary, one can also irradiate close, thermally interacting sub-sequences if one builds in enough "thermal breaks" between the exposures by further exposure at other sub-sequences/beam positions. Among other things, it is thermally relevant whether the energy/power input during production is so much higher than the heat/power dissipated at one point that the peak temperature is too high, which could lead to discolouration, an unstable production process or other problems, for example.
Es wird angemerkt, dass die hierin offenbarten Bestrahlungsstrategien allgemein auch Be strahlungspfad mit eine Unterabfolge von Strahlpositionen umfassen können, die durch eine Veränderung der mechanischen Ablenkung bei fixierter oder variierender optischer Ablen kung eingenommen werden. It is noted that the irradiation strategies disclosed herein may generally also include irradiation paths with a sub-sequence of beam positions taken by changing the mechanical deflection while the optical deflection is fixed or varied.
Allgemein kann ferner eine Geschwindigkeit, mit der eine Abfolge von räumlich aneinander angrenzenden Strahlpositionen kontinuierlich abgetastet wird, unabhängig davon gewählt werden, ob eine der Strahlpositionen der Abfolge von räumlich aneinander angrenzenden Strahlpositionen durch das Verändern der optischen Ablenkung und/oder das Verändern der mechanischen Ablenkung eingenommen wird. Bei der additiven Fertigung liegen bevorzugte Geschwindigkeiten für eine derart kontinuierlich durchgeführte Abtastbewegung - ähnlich wie bei einer rein mechanischen Scannereinrichtung - im Bereich von einem Meter pro Sekunde bis zu einigen Metern pro Sekunde. Dabei kann die Wahl der Geschwindigkeit spezifisch für das Pulvermaterialtyp und den Energiestrahl/Laserstrahltyp erfolgen. In general, a speed at which a sequence of spatially adjacent beam positions is continuously scanned can also be selected independently of whether one of the beam positions of the sequence of spatially adjacent beam positions is occupied by changing the optical deflection and/or changing the mechanical deflection will. In additive manufacturing, preferred speeds for such a continuously performed scanning movement—similar to a purely mechanical scanner device—are in the range from one meter per second to a few meters per second. The speed can be selected specifically for the powder material type and the energy beam/laser beam type.
Hinsichtlich einer möglichst gleichmäßigen Abtastung von Strahlpositionen liegt ein Soll- Geschwindigkeitsbereich zum Beispiel im Bereich von einigen Prozent (evtl bis zu ±10 % und mehr) um eine für eine Bestrahlungssituation (Pulvermaterialtyp, Energie strahl/Laserstrahl) vorgegebene Geschwindigkeit, die z.B. für jeweils vorliegende Laserstrahl parameter und Pulvermaterialparameter bestimmt wurde. With regard to scanning beam positions as uniformly as possible, a target speed range is, for example, in the range of a few percent (possibly up to ±10% and more) around a speed specified for an irradiation situation (powder material type, energy beam/laser beam), which is e.g Laser beam parameters and powder material parameters were determined.
Wird die Möglichkeit der sprunghaften Ansteuerung von nicht-benachbarten Strahlpositionen eingebaut und entsprechend die Energie des Energiestrahls erhöht, kann eine auf den gesam ten Bestrahlungspfad bezogene Abtastgeschwindigkeit entsprechend höhere Werte einneh men, mit einer entsprechend gesteigerten Fertigungseffizienz. Nachfolgend werden weitere Aspekte der Erfindung zusammengefasst: If the possibility of abrupt activation of non-adjacent beam positions is built in and the energy of the energy beam is correspondingly increased, a scanning speed related to the entire radiation path can assume correspondingly higher values, with a correspondingly increased manufacturing efficiency. Further aspects of the invention are summarized below:
Aspekt 1. Verfahren zum Verlagern eines kontinuierlichen Energiestrahls (5) entlang ei nes durch eine Abfolge von Strahlpositionen (17) ausgebildeten Bestrahlungspfads (101), der dazu vorgesehen ist, in einem Arbeitsbereich (9) einer Fertigungseinrichtung (1) ein Pulver material (2) in einer Pulverschicht zu verfestigen, mit den Schritten: Aspect 1. Method for displacing a continuous energy beam (5) along a radiation path (101) formed by a sequence of beam positions (17), which is provided for the purpose of applying a powder material (2 ) in a powder layer, with the steps:
Einstrahlen des kontinuierlichen Energiestrahls (5) auf das Pulvermaterial (2), um im Rahmen eines additiven Fertigungsverfahrens eine Schicht eines Bauteils (4) zu formen; und Verlagern des Energiestrahls (5) innerhalb des Arbeitsbereichs (9) durch ein Überla gern einer optischen Ablenkung des Energiestrahls (5) mit einer Ablenkeinrichtung (13) und einer mechanischen Ablenkung des Energiestrahls (5) mit einer Scannereinrichtung (7), wobei die mechanische Ablenkung dazu ausgebildet ist, den Energiestrahl (5) an einer Mehr zahl von im Arbeitsbereich (9) angeordneten Bestrahlungspositionen (11) zu positio nieren, wobei die Bestrahlungspositionen (11) den Arbeitsbereich (9) im Wesentlichen aufspannen, und die optische Ablenkung dazu ausgebildet ist, den Energiestrahl (5) um jede der Be strahlungspositionen (11) innerhalb eines Strahlbereichs (15) der Ablenkeinrichtung (13) auf mindestens eine Strahlposition der Abfolge von Strahlpositionen (17) abzu lenken, wobei die optische Ablenkung und die mechanische Ablenkung zeitgleich oder aufeinander folgend verändert werden, um die Abfolge von Strahlpositionen (17) mit dem Energiestrahl (5) abzutasten. Radiating the continuous energy beam (5) onto the powder material (2) in order to form a layer of a component (4) as part of an additive manufacturing process; and moving the energy beam (5) within the working area (9) by superimposing an optical deflection of the energy beam (5) with a deflection device (13) and a mechanical deflection of the energy beam (5) with a scanner device (7), the mechanical Deflection is designed to position the energy beam (5) at a plurality of irradiation positions (11) arranged in the work area (9), the irradiation positions (11) essentially spanning the work area (9), and the optical deflection is designed for this purpose is to deflect the energy beam (5) around each of the irradiation positions (11) within a beam region (15) of the deflection device (13) to at least one beam position of the sequence of beam positions (17), the optical deflection and the mechanical deflection occurring at the same time or are sequentially changed to scan the sequence of beam positions (17) with the energy beam (5).
[Allgemein ist hierin der Strahlbereich durch ein maximales Ausmaß der optischen Ablenkung der Ablenkeinrichtung gegeben.] [In general, the beam area is given here by a maximum extent of the optical deflection of the deflection device.]
Aspekt 2. Verfahren nach Aspekt 1, ferner mit: Aspect 2. The method of aspect 1, further comprising:
Ansteuern der Ablenkeinrichtung (13) und der Scannereinrichtung (7) derart, dass der Energiestrahl (5) nacheinander Unterabfolgen, die jeweils mindestens eine Strahlposition der Abfolge von Strahlpositionen (17) des Bestrahlungspfads (101) umfassen, abtastet, wobei durch eine sprunghafte Veränderung der optischen Ablenkung ein Bereich zwischen den be- abstandeten Unterabfolgen vom Energiestrahl (5) übersprungen wird, sodass nacheinander räumlich voneinander beabstandete, insbesondere thermisch entkoppelte, Unterabfolgen vom Energiestrahl eingenommen werden. Activation of the deflection device (13) and the scanner device (7) in such a way that the energy beam (5) successively scans sub-sequences, each of which comprises at least one beam position of the sequence of beam positions (17) of the radiation path (101), with an abrupt change in the optical deflection, a region between the spaced sub-sequences of the energy beam (5) is skipped, so that one after the other spatially spaced, in particular thermally decoupled, sub-sequences are taken by the energy beam.
Aspekt 3. Verfahren nach Aspekt 2, wobei mindestens eines von Aspect 3. The method of aspect 2, wherein at least one of
- einer Anzahl von Unterabfolgen entlang des Bestrahlungspfads, - a number of subsequences along the irradiation path,
- einer Anzahl von Strahlpositionen in einer der Unterabfolgen und - a number of beam positions in one of the subsequences and
- ein räumlicher Abstand zwischen nacheinander eingenommenen Unterabfolgen unter Berücksichtigung/Gewährleistung des Abflusses der mit dem Energiestrahl (5) in die Unterabfolgen eingetragenen Energie, insbesondere einer Limitierung der mit dem Energie strahl in die Unterabfolgen eingetragenen Energie oder Bestrahlungsdauer, bestimmt werden. - A spatial distance between successively taken sub-sequences, taking into account/ensuring the discharge of the energy introduced into the sub-sequences with the energy beam (5), in particular a limitation of the energy or irradiation duration introduced into the sub-sequences with the energy beam, can be determined.
Aspekt 4. Verfahren nach Aspekt 2 oder 3, wobei die Ablenkeinrichtung (13) und die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert werden, dass aneinander angrenzende Strahlpositionen (17) des Bestrahlungspfads (101) zeitlich nicht auf einanderfolgend eingenommen werden. Aspect 4. Method according to aspect 2 or 3, wherein the deflection device (13) and the scanner device (7) are controlled in such a way that adjacent beam positions (17) of the irradiation path (101) are not occupied consecutively.
Aspekt 5. Verfahren nach einem der Aspekte 2 bis 4, wobei die Ablenkeinrichtung (13) in einem für den Energiestrahl (5) vorgesehenen Durchtrittsbereich ein optisches, insbesondere transparentes, Material umfasst, das optische Eigenschaften aufweist, die zum Bewirken der optischen Ablenkung eingestellt werden, und wobei die Ablenkeinrichtung (13) insbesondere einen Kristall umfasst, in dem zum Bewirken der optischen Ablenkung eine akustische Welle mit einer akustischen Wellenlänge ausgebildet wird oder ein Brechungsindex oder ein Brechungsindexgradient eingestellt wird. Aspect 5. Method according to one of aspects 2 to 4, wherein the deflection device (13) in a passage region provided for the energy beam (5) comprises an optical, in particular transparent, material which has optical properties which are set to bring about the optical deflection , and wherein the deflection device (13) comprises, in particular, a crystal in which an acoustic wave having an acoustic wavelength is formed or a refractive index or a refractive index gradient is adjusted in order to effect the optical deflection.
Aspekt 6. Verfahren nach Aspekt 5, ferner mit Aspect 6. The method of aspect 5, further comprising
- Anregen einer akustischen Welle mit einer akustischen Wellenlänge im optischen Material zur Ausbildung eines akusto-optischen Beugungsgitters, - Excitation of an acoustic wave with an acoustic wavelength in the optical material to form an acousto-optical diffraction grating,
- Einstrahlen des Energiestrahls auf den Durchtrittsbereich, - Radiation of the energy beam onto the passage area,
- Beugen des Energiestrahls am akusto-optischen Beugungsgitter zu einem großen Teil, insbe sondere zu mindestens 80 % und bevorzugt zu mindestens 90 %, unter einem Beugungswinkel in eine erste Beugungsordnung, - Bending the energy beam at the acousto-optical diffraction grating to a large extent, in particular at least 80% and preferably at least 90%, at a diffraction angle in a first diffraction order,
- Führen des gebeugten Energiestrahls an eine erste der Strahlpositionen (17) und - guiding the diffracted energy beam to a first of the beam positions (17) and
- Verändern der optischen Ablenkung des Energie Strahls durch Ändern der akustischen Wel lenlänge, wobei insbesondere ein diskretes Verändern der akustischen Wellenlänge zum sprunghaften Verändern der akusto-opti sehen Ablenkung vorgenommen wird, sodass der Be reich zwischen den beabstandeten Unterabfolgen, und insbesondere mindestens eine räumlich zwischen den Unterabfolgen liegende Strahlposition (17) des Bestrahlungspfads (101), vom Energiestrahl (5) übersprungen wird. - Changing the optical deflection of the energy beam by changing the acoustic wavelength Wel, in particular a discrete changing the acoustic wavelength for abrupt changes in the acousto-optical deflection are made, so that the region between the spaced sub-sequences, and in particular at least one beam position (17) of the radiation path (101) spatially located between the sub-sequences, is skipped by the energy beam (5).
Aspekt 7. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 6, wobei räumlich nicht-aneinander angrenzende Strahlpositionen (17) des Bestrahlungspfads (101) zeitlich aufeinanderfolgend eingenommen werden und/oder die beabstandeten Unterabfolgen mindestens einen Durchmesser des Energiestrahls oder min destens 50 % des Durchmessers des Energiestrahls oder mindestens das 1,5- bis 2-fache des Durchmessers des Energiestrahls voneinander beabstandet im Arbeitsbereich (9) angeordnet sind und/oder Aspect 7. The method according to any one of aspects 1 to 6, wherein spatially non-contiguous beam positions (17) of the irradiation path (101) are occupied sequentially in time and/or the spaced-apart sub-sequences cover at least one diameter of the energy beam or at least 50% of the diameter of the Energy beam or at least 1.5 to 2 times the diameter of the energy beam are spaced apart in the work area (9) and / or
Bereiche des Arbeitsbereichs (9) übersprungen werden, die ausgewählt sind aus der Gruppe von Bereichen umfassend einen noch nicht bestrahlten Bereich des Arbeitsbereichs (9), einen nicht zu bestrahlenden Bereich des Arbeitsbereichs (9) und einen bereits bestrahlten Bereich des Arbeitsbereichs (9). Areas of the work area (9) are skipped, which are selected from the group of areas comprising an area of the work area (9) that has not yet been irradiated, an area of the work area (9) that is not to be irradiated and an area of the work area (9) that has already been irradiated.
Aspekt 8. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 7, wobei, während die Scannereinrich tung (7) derart angesteuert wird, dass die mechanische Ablenkung den Energiestrahl (5) an einer Bestrahlungsposition (11) positioniert, die Ablenkeinrichtung (13) derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) nacheinander die Strahlpositionen (17) von Unterabfolgen einnimmt, die den Strahlbereich (15) der entsprechenden Bestrahlungsposition (11), und ins besondere eine vorgegebene Strahlform des Strahlbereichs (15), vollständig abdecken. Aspect 8. The method according to any one of aspects 1 to 7, wherein while the scanner device (7) is controlled in such a way that the mechanical deflection positions the energy beam (5) at an irradiation position (11), the deflection device (13) is controlled in such a way that the energy beam (5) successively occupies the beam positions (17) of sub-sequences that completely cover the beam area (15) of the corresponding irradiation position (11), and in particular a predetermined beam shape of the beam area (15).
Aspekt 9. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 6, wobei, während die Scannereinrich tung (7) derart angesteuert wird, dass die mechanische Ablenkung den Energiestrahl (5) kon tinuierlich an einer Abfolge von Bestrahlungspositionen (11) positioniert, die Ablenkeinrich tung (13) derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) nacheinander die Strahlpositionen (17) von Unterabfolgen einnimmt, die den Strahlbereich (15) der entsprechenden Bestrah lungsposition (11), und insbesondere eine vorgegebene Strahlform des Strahlbereichs (15), teilweise oder vollständig abdecken. Aspect 9. Method according to one of aspects 1 to 6, wherein while the scanner device (7) is controlled in such a way that the mechanical deflection continuously positions the energy beam (5) at a sequence of irradiation positions (11), the deflection device ( 13) is controlled in such a way that the energy beam (5) successively occupies the beam positions (17) of subsequences that partially or completely cover the beam area (15) of the corresponding irradiation position (11), and in particular a predetermined beam shape of the beam area (15). cover.
Aspekt 10. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 9, wobei die Ablenkeinrichtung (13) derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) an einer Bestrahlungsposition (11) der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen (11) innerhalb eines Strahlbereichs (15) an eine Mehr zahl von Strahlpositionen (17) verlagert wird, um ein Strahlprofil des Strahlbereichs während der Herstellung eines Bauteils (4) zu formen, und der Energiestrahl (5) sprunghaft an die Mehrzahl von diskreten Strahlpositionen (17) verlagert wird, wobei der Energiestrahl (5) insbesondere räumlich aneinander angrenzende Strahlpositionen (17) im Strahlbereich (15) überspringt und insbesondere nur räumlich nicht-aneinander an grenzende Strahlpositionen (17) im Strahlbereich (15) zeitlich aufeinanderfolgend einnimmt. Aspect 10. The method according to any one of aspects 1 to 9, wherein the deflection device (13) is controlled such that the energy beam (5) at an irradiation position (11) of plurality of irradiation positions (11) within a beam area (15) is shifted to a plurality of beam positions (17) in order to shape a beam profile of the beam area during the manufacture of a component (4), and the energy beam (5) jumps to the plurality is shifted from discrete beam positions (17), the energy beam (5) in particular jumping over beam positions (17) that are spatially adjacent to one another in the beam area (15) and in particular only occupying beam positions (17) that are not spatially adjacent to one another in the beam area (15) in a temporal succession .
Aspekt 11. Verfahren nach Aspekt 10, ferner mit: Aspect 11. The method of aspect 10, further comprising:
Einstrahlen des Energiestrahls (5), indem die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) entlang einer Unterabfolgen von Bestrahlungspositionen (11) ge mäß eines Scanpfads (103) positioniert wird, und die Ablenkeinrichtung (13) zeitgleich derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) zwischen Strahlpositionen (17) einer zweidimen sionalen Anordnung von Strahlpositionen (17), insbesondere zwischen quer zum Scanpfad (103) angeordneten Strahlpositionen (17), hin und her springt. Irradiating the energy beam (5) by controlling the scanner device (7) in such a way that the energy beam (5) is positioned along a sub-sequence of irradiation positions (11) according to a scan path (103), and the deflection device (13) is controlled in this way at the same time is that the energy beam (5) jumps back and forth between beam positions (17) of a two-dimensional arrangement of beam positions (17), in particular between beam positions (17) arranged transversely to the scan path (103).
Aspekt 12. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 11, wobei der Bestrahlungspfad (101) mindestens eine Bestrahlungszone (HAI) aufweist, in der eine Mehrzahl von Unterabfolgen von Bestrahlungspositionen in Form von nebeneinanderliegenden, zumindest teilweise paral lel verlaufenden Scanvektoren (Sl, S2, S3, S4, S5, S6), insbesondere von gleicher Länge, de finiert ist, ferner mit: Aspect 12. Method according to one of aspects 1 to 11, wherein the irradiation path (101) has at least one irradiation zone (HAI) in which a plurality of sub-sequences of irradiation positions in the form of adjacent, at least partially parallel scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6), in particular of the same length, is defined, also with:
Einstrahlen des Energiestrahls (5), indem die Scannereinrichtung (13) derart angesteu ert wird, dass die Bestrahlungsposition (11) entlang einem ersten Scanvektor (Sl) der Scan vektoren (Sl, S2, S3, S4, S5, S6) verlagert wird, und die Ablenkeinrichtung (13) zeitgleich derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) zwischen dem ersten Scanvektor (Sl) der Scanvektoren (Sl, S2, S3, S4, S5, S6) und mindestens einem weiteren Scanvektor (S4) der Scanvektoren (Sl, S2, S3, S4, S5, S6) hin und her springt. Irradiation of the energy beam (5) by the scanner device (13) being controlled in such a way that the irradiation position (11) is displaced along a first scan vector (S1) of the scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6), and the deflection device (13) is controlled at the same time such that the energy beam (5) between the first scan vector (Sl) of the scan vectors (Sl, S2, S3, S4, S5, S6) and at least one further scan vector (S4) of the scan vectors ( S1, S2, S3, S4, S5, S6) jumps back and forth.
Aspekt 13. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 12, ferner mit: Aspect 13. The method of any one of aspects 1 to 12, further comprising:
Einstrahlen des Energiestrahls (5), indem die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert wird, dass die Bestrahlungsposition (11) entlang einer Unterabfolgen von Bestrahlungspositionen (11) gemäß eine Scanrichtung verlagert wird, und die Ablenkeinrichtung (13) zeitgleich derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl (5) zwischen entlang der Unterabfolge angeordneten Strahlpositionen in und entgegen der Scanrichtung springt. Aspekt 14. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 13, wobei der Bestrahlungspfad (101) mindestens zwei Bestrahlungszonen (HA2, HA3; HB1, HB2) aufweist, in denen jeweils eine Mehrzahl von Unterabfolgen von Bestrahlungspositionen in Form von nebeneinanderliegen den, zumindest teilweise parallel verlaufenden Scanvektoren (Sl, S2, S3, S4, S5, S6) gleicher Länge definiert ist, wobei zum Verlagern des Energiestrahls (5) die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl entlang einem ersten Scanvektor (Sl; S2) der Scanvektoren (Sl, S2, S3, S4, S5, S6) in einer ersten der Bestrahlungszonen (HA2, HA3; HB1, HB2) positioniert wird, und die Ablenkeinrichtung zeitgleich derart angesteuert wird, dass der Energiestrahl zwischen dem ersten der Scanvektoren in der ersten der Bestrahlungszonen (HA2, HA3; HB1, HB2) und mindestens einem weiteren Scanvektor (Sl; S2) der Scanvektoren (Sl, S2, S3, S4, S5, S6) einer weiteren der Bestrahlungszonen (HA2, HA3; HB1, HB2) hin und her springt. The energy beam (5) is radiated in by the scanner device (7) being controlled in such a way that the irradiation position (11) is displaced along a subsequence of irradiation positions (11) in accordance with a scanning direction, and the deflection device (13) is controlled at the same time in such a way that the Energy beam (5) jumps between beam positions arranged along the subsequence in and against the scanning direction. Aspect 14. The method according to any one of aspects 1 to 13, wherein the irradiation path (101) has at least two irradiation zones (HA2, HA3; HB1, HB2), in each of which a plurality of subsequences of irradiation positions in the form of adjacent, at least partially parallel running scan vectors (Sl, S2, S3, S4, S5, S6) of the same length is defined, with the scanner device (7) being controlled in order to displace the energy beam (5) in such a way that the energy beam moves along a first scan vector (Sl; S2) of the Scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6) is positioned in a first of the irradiation zones (HA2, HA3; HB1, HB2), and the deflection device is controlled at the same time in such a way that the energy beam between the first of the scan vectors in the first of the irradiation zones (HA2, HA3; HB1, HB2) and at least one further scan vector (S1; S2) of the scan vectors (S1, S2, S3, S4, S5, S6) of a further one of the irradiation zones (HA2, HA3; HB1, HB2). and jump here >
Aspekt 15. Fertigungseinrichtung (1) zum additiven Fertigen eines Bauteils (4) aus einem Pulvermaterial (2), das in einem Arbeitsbereich (9) bereitgestellt wird, mit einer Strahlerzeugungseinrichtung (3), die eingerichtet ist zum Erzeugen eines konti nuierlichen Energiestrahls (5) zum Bestrahlen des Pulvermaterials (2), einer Scannereinrichtung (7), die für eine mechanische Ablenkung eingerichtet ist, um den Energiestrahl (5) an einer Mehrzahl von Bestrahlungspositionen (11) zu positionieren, wobei die Bestrahlungspositionen (11) den Arbeitsbereich (9) im Wesentlichen aufspannen, einer Ablenkeinrichtung (13), die für eine optische Ablenkung eingerichtet ist, um den Energiestrahl (5) um jede der Bestrahlungspositionen (11) innerhalb eines Strahlbereichs (15) auf mindestens eine Strahlposition der Abfolge von Strahlpositionen (17) abzulenken, und einer Steuereinrichtung (19), die mit der Scannereinrichtung (7) und der Ablenkein richtung (13) wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Ablenkeinrichtung (13) und die Scannereinrichtung (7) derart anzusteuern, dass die optische Ablenkung und die mechanische Ablenkung zeitgleich oder aufeinanderfolgend verändert werden, um mit dem kontinuierli chen Energiestrahl (5) einen durch eine Abfolge der Strahlpositionen (17) ausgebildeten Be strahlungspfad (101) abzutasten, wobei der Bestrahlungspfad (101) dazu vorgesehen ist, im Arbeitsbereich (9) das Pulvermaterial (2) in einer Pulverschicht zu verfestigen. Aspect 15. Manufacturing device (1) for the additive manufacturing of a component (4) from a powder material (2), which is provided in a work area (9), with a beam generating device (3) which is set up to generate a continuous energy beam (5 ) for irradiating the powder material (2), a scanner device (7) which is set up for mechanical deflection in order to position the energy beam (5) at a plurality of irradiation positions (11), the irradiation positions (11) defining the working area (9 ) essentially spanning, a deflection device (13) which is set up for optical deflection in order to deflect the energy beam (5) around each of the irradiation positions (11) within a beam region (15) to at least one beam position of the sequence of beam positions (17). , and a control device (19) which is operatively connected to the scanner device (7) and the deflection device (13) and arranged to control the Abl steering device (13) and the scanner device (7) in such a way that the optical deflection and the mechanical deflection are changed simultaneously or sequentially in order to use the continuous energy beam (5) to form a radiation path (101 ) scan, wherein the irradiation path (101) is provided to solidify the powder material (2) in a powder layer in the work area (9).
Aspekt 16. Fertigungseinrichtung (1) nach Aspekt 15, wobei die Ablenkeinrichtung (13) eingerichtet ist, - den Energiestrahl (5) sprunghaft an eine Mehrzahl von diskreten Strahlpositionen (17) zu verlagern, und/oder Aspect 16. Production device (1) according to aspect 15, wherein the deflection device (13) is set up - to shift the energy beam (5) abruptly to a plurality of discrete beam positions (17), and/or
- mit dem Energiestrahl (5) nacheinander Unterabfolgen, die jeweils mindestens eine Strahl position (17) der Abfolge von Strahlpositionen (17) des Bestrahlungspfads (101) umfassen, abzutasten, wobei durch eine sprunghafte Veränderung der optischen Ablenkung ein Bereich zwischen den beabstandeten Unterabfolgen vom Energiestrahl (5) übersprungen wird, sodass nacheinander räumlich voneinander beabstandete, insbesondere thermisch entkoppelte, Unter abfolgen vom Energiestrahl eingenommen werden. - using the energy beam (5) to scan sub-sequences in succession, each of which comprises at least one beam position (17) of the sequence of beam positions (17) of the radiation path (101), with a sudden change in the optical deflection creating a region between the sub-sequences at a distance from Energy beam (5) is skipped, so that successively spatially spaced, in particular thermally decoupled, sub-sequences are occupied by the energy beam.
Aspekt 17. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der Aspekte 15 oderlö, wobei Aspect 17. A manufacturing facility (1) according to any one of aspects 15 or lo, wherein
- die Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, die Scannereinrichtung (7) und die Ablenk einrichtung (13) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 anzusteuem,- the control device (19) is set up to control the scanner device (7) and the deflection device (13) according to a method according to one of claims 1 to 14,
- die Scannereinrichtung (7) mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer- Scanner, Piezo-Scanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Ar beitsbereich (9) verlagerbaren Arbeitskopf aufweist, - the scanner device (7) has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head that can be displaced relative to the working area (9),
- die Ablenkeinrichtung (13) mindestens einen elektro-optischen Deflektor und/oder akusto- optischen Deflektor (21), vorzugsweise zwei nicht parallel, insbesondere senkrecht zueinander orientierte elektro-optische oder akusto-optische Deflektoren (21), aufweist, - the deflection device (13) has at least one electro-optical deflector and/or acousto-optical deflector (21), preferably two electro-optical or acousto-optical deflectors (21) that are not oriented parallel, in particular perpendicular to one another,
- die Ablenkeinrichtung mindestens einen akusto-opti sehen Deflektor (21) mit einem opti schen Material, wie einem Kristall, und einem Anreger (112) zum Erzeugen akustischer Wel len im optischen Material aufweist, und/oder - The deflection device has at least one acousto-optical deflector (21) with an optical material, such as a crystal, and an exciter (112) for generating acoustic waves in the optical material, and/or
- die Strahlerzeugungseinrichtung (3) als Dauerstrich-Laser ausgebildet ist. - The beam generating device (3) is designed as a continuous wave laser.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenba rung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der bean spruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe. It is explicitly emphasized that all features disclosed in the description and/or the claims are considered separate and independent from each other for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of limiting the claimed invention independently of the feature combinations in the embodiments and/or the claims should be. It is explicitly stated that all indications of ranges or indications of groups of units disclose every possible intermediate value or subgroup of units for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of restricting the claimed invention, in particular also as a limit of a range indication.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zum Verlagern eines kontinuierlichen Energiestrahls (5) entlang eines durch eine Abfolge von Strahlpositionen (17) ausgebildeten Bestrahlungspfads (101), der dazu vor gesehen ist, in einem Arbeitsbereich (9) einer Fertigungseinrichtung (1) ein Pulvermaterial (2) in einer Pulverschicht zu verfestigen, mit den Schritten: 1. Method for displacing a continuous energy beam (5) along an irradiation path (101) formed by a sequence of beam positions (17), which is intended to inject a powder material (2) into a work area (9) of a production device (1). to solidify a layer of powder, with the steps:
Einstrahlen des kontinuierlichen Energiestrahls (5) auf das Pulvermaterial (2), um im Rahmen eines additiven Fertigungsverfahrens eine Schicht eines Bauteils (4) zu formen; und Verlagern des Energiestrahls (5) innerhalb des Arbeitsbereichs (9) durch ein Überla gern einer optischen Ablenkung des Energiestrahls (5) mit einer Ablenkeinrichtung (13) und einer mechanischen Ablenkung des Energiestrahls (5) mit einer Scannereinrichtung (7), wobei die mechanische Ablenkung dazu ausgebildet ist, den Energiestrahl (5) an einer Mehr zahl von im Arbeitsbereich (9) angeordneten Bestrahlungspositionen (11) zu positio nieren, wobei die Bestrahlungspositionen (11) den Arbeitsbereich (9) im Wesentlichen aufspannen, und die optische Ablenkung dazu ausgebildet ist, den Energiestrahl (5) um jede der Be strahlungspositionen (11) innerhalb eines Strahlbereichs (15) auf mindestens eine Strahlposition der Abfolge von Strahlpositionen (17) abzulenken, wobei die optische Ablenkung und die mechanische Ablenkung zeitgleich oder aufeinander folgend verändert werden, um die Abfolge von Strahlpositionen (17) mit dem Energiestrahl (5) abzutasten. Radiating the continuous energy beam (5) onto the powder material (2) in order to form a layer of a component (4) as part of an additive manufacturing process; and moving the energy beam (5) within the working area (9) by superimposing an optical deflection of the energy beam (5) with a deflection device (13) and a mechanical deflection of the energy beam (5) with a scanner device (7), the mechanical Deflection is designed to position the energy beam (5) at a plurality of irradiation positions (11) arranged in the work area (9), the irradiation positions (11) essentially spanning the work area (9), and the optical deflection is designed for this purpose is to deflect the energy beam (5) around each of the irradiation positions (11) within a beam region (15) to at least one beam position of the sequence of beam positions (17), the optical deflection and the mechanical deflection being changed simultaneously or sequentially in order to scan the sequence of beam positions (17) with the energy beam (5).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ablenkeinrichtung (13) und die Scannereinrich tung (7) derart angesteuert werden, dass das Verändern der optischen Ablenkung und das Verändern der mechanischen Ablenkung zeitgleich derart erfolgen, dass die Abfolge von Strahlpositionen (17) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit oder in einem Soll-Geschwindigkeitsbereich um die vorgegebene Ge schwindigkeit abgetastet wird. 2. The method of claim 1, wherein the deflection device (13) and the scanner device (7) are controlled in such a way that the changing of the optical deflection and the changing of the mechanical deflection take place at the same time such that the sequence of beam positions (17) with a predetermined speed or in a target speed range to the predetermined Ge speed is sampled.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ablenkeinrichtung (13) und die Scan nereinrichtung (7) derart angesteuert werden, dass eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls (5) eine Veränderung der me chanischen Ablenkung des Energiestrahls (5) in einer Richtung quer zum Bestrahlungspfad (101) zumindest teilweise kompensiert, sodass der Bestrahlungspfad (101) von einer Abfolge von mit der Scannereinrichtung (7) eingestellten Bestrahlungspositionen (11) abweicht, und optional die optische Ablenkung des Energiestrahls (5) eine Komponente in Richtung des Be strahlungspfads (101) aufweist, sodass insbesondere eine Geschwindigkeit, mit der die Abfol ge von Strahlpositionen (17) in einem Segment des Bestrahlungspfads (101) abgetastet wird, konstant ist oder in einem Soll-Geschwindigkeitsbereich um eine vorgegebene Geschwindig keit bleibt. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the deflection device (13) and the scanner device (7) are controlled such that a change in the optical deflection of the energy beam (5) a change in the mechanical deflection of the energy beam (5) in a Direction transverse to the radiation path (101) at least partially compensated, so that the irradiation path (101) deviates from a sequence of irradiation positions (11) set with the scanner device (7), and optionally the optical deflection of the energy beam (5) has a component in the direction of the irradiation path (101) has, so that in particular a speed at which the sequence of beam positions (17) in a segment of the radiation path (101) is scanned is constant or remains in a desired speed range around a predetermined speed.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ablenkeinrichtung (13) und die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert werden, dass sich eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls (5) und eine Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls (5) in mindestens einer ersten Richtung zu mindest teilweise kompensieren und/oder sich eine Veränderung der optischen Ablenkung des Energiestrahls (5) und eine Veränderung der mechanischen Ablenkung des Energiestrahls (5) in mindestens einer zweiten Richtung addieren. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the deflection device (13) and the scanner device (7) are controlled in such a way that a change in the optical deflection of the energy beam (5) and a change in the mechanical deflection of the energy beam (5) compensate at least partially in at least a first direction and/or add a change in the optical deflection of the energy beam (5) and a change in the mechanical deflection of the energy beam (5) in at least a second direction.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Bestrahlungspfad (101) ein Krümmungssegment (301) umfasst und die Ablenkeinrichtung (13) und die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert werden, dass der Energiestrahl (5) kontinuierlich entlang des Krümmungssegments (301) verlagert wird, wobei insbesondere 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the irradiation path (101) comprises a curved segment (301) and the deflection device (13) and the scanner device (7) are controlled in such a way that the energy beam (5) travels continuously along the curved segment ( 301) is relocated, in particular
- das Verändern der mechanischen Ablenkung kontinuierlich, optional mit einer variierenden Scangeschwindigkeit, erfolgt und/oder - the mechanical deflection is changed continuously, optionally with a varying scanning speed, and/or
- die mechanische Ablenkung eine Abfolge von mit der Scannereinrichtung (7) eingestellten Bestrahlungspositionen (11) bewirkt, die auf einem gekrümmten Scanpfad (303) angeordnet ist, wobei eine Krümmung des Scanpfads (303) geringer ist als eine Krümmung des Krüm mungssegments (301). - The mechanical deflection causes a sequence of irradiation positions (11) set with the scanner device (7), which are arranged on a curved scan path (303), with a curvature of the scan path (303) being less than a curvature of the curvature segment (301) .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verlagerung des Energie strahls (5) entlang des Bestrahlungspfads (101) mit einer Frequenzweiche auf die Ablenkung der Scannereinrichtung (7) und die Ablenkung der Ablenkeinrichtung (13) aufgeteilt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the displacement of the energy beam (5) along the irradiation path (101) is divided with a diplexer between the deflection of the scanner device (7) and the deflection of the deflection device (13).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Bestrahlungspfad (201) zwei, insbesondere lineare, und gemeinsam eine Bestrahlungspfadecke (E) ausbildende Bestrah lungspfadsegmente (201 A, 201B) umfasst und die Ablenkeinrichtung (13) und die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert werden, dass der Energiestrahl (5) kontinuierlich entlang eines jeden der Bestrahlungspfadsegmente (201 A,7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the radiation path (201) comprises two, in particular linear, radiation path segments (201A, 201B) that together form a radiation path corner (E), and the deflection device (13) and the scanner device (7 ) are controlled in such a way that the energy beam (5) travels continuously along each of the irradiation path segments (201 A,
201B) verlagert wird, wobei insbesondere 201B) is relocated, in particular
- der Energiestrahl (5) entlang mindestens eines der zwei Bestrahlungspfadsegmente (201 A, 201 A", 201B, 201B', 201B") in Richtung der Bestrahlungspfadecke (E) verlagert wird,- the energy beam (5) is displaced along at least one of the two radiation path segments (201A, 201A", 201B, 201B', 201B") in the direction of the radiation path corner (E),
- das Verändern der mechanischen Ablenkung kontinuierlich, optional mit einer variierenden Scangeschwindigkeit, erfolgt und/oder - the mechanical deflection is changed continuously, optionally with a varying scanning speed, and/or
- die mechanische Ablenkung eine Abfolge von mit der Scannereinrichtung (7) eingestellten Bestrahlungspositionen (211) bewirkt, die auf einem gekrümmten Scanpfad (203) angeordnet ist. - the mechanical deflection brings about a sequence of irradiation positions (211) set with the scanner device (7) and arranged on a curved scanning path (203).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Bestrahlungspfad (201) zwei, insbesondere lineare, und gemeinsam eine Bestrahlungspfadecke (E) ausbildende Bestrah lungspfadsegmente (201 A", 201B") umfasst, die jeweils eine Unterabfolge von Strahlpositio nen (217) umfassen, und die Ablenkeinrichtung (13) und die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert werden, dass der Energiestrahl (5) abwechselnd auf mindestens eine Strahlposition (217) der Unterabfolge ei ner ersten der Bestrahlungspfadsegmente (201 A", 201B") und mindestens eine Strahlposition (217) der Unterabfolge einer zweiten der Bestrahlungspfadsegmente (201 A", 201B") verlagert wird, und wobei insbesondere 8. The method as claimed in one of claims 1 to 6, in which the irradiation path (201) comprises two, in particular linear, irradiation path segments (201A", 201B") which together form a radiation path corner (E) and which each have a subsequence of beam positions ( 217), and the deflection device (13) and the scanner device (7) are controlled in such a way that the energy beam (5) is directed alternately to at least one beam position (217) of the subsequence of a first of the radiation path segments (201 A", 201 B") and at least one beam position (217) of the subsequence of a second of the radiation path segments (201A", 201B") is shifted, and in particular
- das Verändern der mechanischen Ablenkung kontinuierlich, optional mit variierender Scan geschwindigkeit, erfolgt und/oder die mechanische Ablenkung eine Abfolge von mit der Scannereinrichtung (7) eingestellten Bestrahlungspositionen (211) bewirkt, die auf einem ge krümmten Scanpfad (203) angeordnet ist, und - the mechanical deflection is changed continuously, optionally with a varying scan speed, and/or the mechanical deflection causes a sequence of irradiation positions (211) set with the scanner device (7) and arranged on a curved scan path (203), and
- das Verlagern mit der optischen Ablenkung zwischen den Unterabfolgen sprunghaft erfolgt. - the shifting with the optical deflection between the sub-sequences occurs in leaps and bounds.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Scannereinrichtung (7) eine Abfolge von Bestrahlungspositionen (211) mit gleichbleibender, optional mit einer variieren den, Scangeschwindigkeit abfährt. 9. The method as claimed in one of claims 1 to 8, in which the scanner device (7) scans a sequence of irradiation positions (211) with a constant, optionally with a varying, scanning speed.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bestrahlungspfad (17) eine Unterabfolge von Strahlpositionen umfasst, deren Positionen bei im Arbeitsbereich (9) an einer Bestrahlungspo sition (411 A, 611) fixierter mechanischer Ablenkung innerhalb eines zugehörigen Strahlbe reichs (415, 615) der Ablenkeinrichtung (13) liegen, und wobei die Ablenkeinrichtung (13) und die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert werden, dass die Unterabfolge nur durch eine Veränderung der optischen Ablenkung bei fixierter mechani scher Ablenkung abgetastet wird. 10. The method according to claim 1, wherein the irradiation path (17) comprises a sub-sequence of beam positions, the positions of which, when the mechanical deflection is fixed at an irradiation position (411A, 611) in the work area (9) within an associated beam area (415, 615) of the deflection device (13), and wherein the deflection device (13) and the scanner device (7) are controlled in such a way that the sub-sequence is scanned only by a change in the optical deflection with a fixed mechanical deflection.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Unterabfolge von Strahlpositionen eine Auf reihung von parallel verlaufenden, insbesondere linearen, Scanvektoren (S O) ausbildet und eine Länge eines jeden der Scanvektoren (S O) kleiner oder gleich einem Ausmaß des Strahl bereichs (815) der Ablenkeinrichtung (13) in Richtung des jeweiligen Scanvektors (S O) ist. 11. The method according to claim 10, wherein the subsequence of beam positions forms a series of parallel, in particular linear, scan vectors (SO) and a length of each of the scan vectors (SO) is less than or equal to an extent of the beam area (815) of the deflection device (13) in the direction of the respective scan vector (SO).
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Bestrahlungspfad (17) eine Mehrzahl von Unterabfolgen von Strahlpositionen umfasst, deren Positionen bei im Arbeitsbereich an einer jeweils zu einer Unterabfolge gehörenden Bestrahlungsposition (411 A, 611) fixierter mechanischer Ablenkung innerhalb eines Strahlbereichs der Ablenkeinrichtung liegen, und die Ablenkeinrichtung (13) und die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert werden, dass -jede der Mehrzahl von Unterabfolgen nur durch eine Veränderung der optischen Ablenkung bei fixierter mechanischer Ablenkung abgetastet wird und 12. The method according to claim 10 or 11, wherein the irradiation path (17) comprises a plurality of sub-sequences of beam positions, the positions of which are fixed mechanical deflection within a beam range of the deflection device in the work area at an irradiation position (411 A, 611) belonging to a sub-sequence lie, and the deflection device (13) and the scanner device (7) are controlled in such a way that -each of the plurality of sub-sequences is scanned only by a change in the optical deflection with a fixed mechanical deflection and
- zwischen dem Abtasten von zwei Unterabfolgen der Mehrzahl von Unterabfolgen die me chanische Ablenkung von einer Bestrahlungsposition zu einer anderen Bestrahlungsposition verändert wird. - between the scanning of two subsequences of the plurality of subsequences, the mechanical deflection is changed from one irradiation position to another irradiation position.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Bestrahlungspfad (101) ferner eine Unterabfolge von Strahlpositionen (17) umfasst, die durch eine Veränderung der mechanischen Ablenkung bei fixierter oder variierender optischer Ablenkung eingenommen werden. The method of any one of claims 10 to 12, wherein the irradiation path (101) further comprises a sub-sequence of beam positions (17) occupied by changing mechanical deflection with fixed or varying optical deflection.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, wobei die Ablenkein richtung (13) und die Scannereinrichtung (7) derart angesteuert werden, dass eine Geschwindigkeit, mit der eine Abfolge von räumlich aneinander angrenzenden Strahlpo sitionen (17) abgetastet wird, unabhängig davon ist, ob eine der Strahlpositionen (17) der Ab folge von räumlich aneinander angrenzenden Strahlpositionen (17) durch das Verändern der optischen Ablenkung und/oder das Verändern der mechanischen Ablenkung eingenommen werden. 14. The method according to any one of the preceding claims 1 to 13, wherein the deflection device (13) and the scanner device (7) are controlled in such a way that a speed with which a sequence of spatially adjacent beam positions (17) is scanned, regardless of whether one of the beam positions (17) of the sequence of spatially adjacent beam positions (17) is scanned by changing the optical deflection and/or changing the mechanical deflection.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ablenkeinrichtung (13) in einem für den Energiestrahl (5) vorgesehenen Durchtrittsbereichs ein optisches, insbe sondere transparentes, Material wie einen Kristall umfasst, das optische Eigenschaften auf weist, die zum Bewirken der optischen Ablenkung eingestellt werden. 15. The method according to any one of the preceding claims, wherein the deflection device (13) in a passage region provided for the energy beam (5) comprises an optical, in particular transparent, material such as a crystal, which has optical properties that are necessary for effecting the optical deflection to be set.
16. Verfahren nach Anspruch 15, ferner mit 16. The method of claim 15, further comprising
- Anregen einer akustischen Welle mit einer akustischen Wellenlänge im optischen Material zur Ausbildung eines akusto-optischen Beugungsgitters, - Excitation of an acoustic wave with an acoustic wavelength in the optical material to form an acousto-optical diffraction grating,
- Einstrahlen des Energiestrahls auf den Durchtrittsbereich, - Radiation of the energy beam onto the passage area,
- Beugen des Energiestrahls am akusto-optischen Beugungsgitter zu einem großen Teil, insbe sondere zu mindestens 80 % und bevorzugt zu mindestens 90 %, unter einem Beugungswinkel in eine erste Beugungsordnung, - Bending the energy beam at the acousto-optical diffraction grating to a large extent, in particular at least 80% and preferably at least 90%, at a diffraction angle in a first diffraction order,
- Führen des gebeugten Energiestrahls an eine erste der Strahlpositionen (17), und - guiding the diffracted energy beam to a first of the beam positions (17), and
- Verändern der optischen Ablenkung des Energie Strahls durch Ändern der akustischen Wel lenlänge. - Changing the optical deflection of the energy beam by changing the acoustic wavelength.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ändern der akustischen Wellenlänge den Beugungswinkel der ersten Beugungsordnung derart ändert, dass der gebeugte Energiestrahls an eine zweite der Strahlpositionen (17) geführt wird. The method of claim 16, wherein changing the acoustic wavelength changes the diffraction angle of the first diffraction order such that the diffracted energy beam is directed to a second one of the beam positions (17).
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die akustische Wellenlänge schrittweise um eine Wellenlängenänderung verändert wird, sodass der Energiestrahl Energie in Strahlpo sitionen des Bestrahlungspfads nacheinander einbringt, wobei in einer Übergangszeit, in der im Durchtrittsbereich zwei akustische Wellenlängen vorliegen, Energie in zwei Strahlpositio nen gleichzeitig eingebracht wird. 18. The method according to claim 16 or 17, wherein the acoustic wavelength is changed in steps by a change in wavelength, so that the energy beam successively introduces energy into beam positions of the irradiation path, with energy in two beam positions in a transition period in which two acoustic wavelengths are present in the passage region nen is introduced at the same time.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Wellenlängenänderung eine Änderung im Beugungswinkel bewirkt, sodass räumlich aneinander angrenzende Strahlpositionen (17) des Bestrahlungspfads (101) oder räumlich beabstandete, insbesondere thermisch entkoppelte, Strahlpositionen (17) zeitlich aufeinanderfolgend vom Energiestrahl (5) abgetastet werden. 19. The method according to claim 18, wherein the wavelength change causes a change in the diffraction angle, so that spatially adjacent beam positions (17) of the Irradiation path (101) or spatially spaced, in particular thermally decoupled, beam positions (17) are scanned sequentially in time by the energy beam (5).
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ablenkeinrichtung (13) derart angesteuert werden, dass mindestens eine Strahlposition (17) beim Abtasten der Abfolge von Strahlpositionen (17) übersprungen wird, wobei die übersprungene Strahlposition (17) zu einem nachfolgenden Zeitpunkt abgetastet wird. 20. The method according to any one of the preceding claims, wherein the deflection device (13) is controlled in such a way that at least one beam position (17) is skipped when scanning the sequence of beam positions (17), the skipped beam position (17) being scanned at a subsequent point in time will.
21. Verfahren nach Anspruch 15, ferner mit 21. The method of claim 15, further comprising
- Anlegen einer Spannung am optischen Material zum Einstellen eines Brechungsindex oder eines Brechungsindexgradienten, - applying a voltage to the optical material to adjust a refractive index or a refractive index gradient,
- Einstrahlen des Energiestrahls auf den Durchtrittsbereich, - Radiation of the energy beam onto the passage area,
- Ablenken des Energiestrahls basierend auf dem eingestellten Brechungsindex oder Bre- chungsi ndexgradi enten, - deflection of the energy beam based on the set refractive index or refractive index gradient,
- Führen des abgelenkten Energiestrahls an eine erste der Strahlpositionen (17), und - guiding the deflected energy beam to a first of the beam positions (17), and
- Verändern der optischen Ablenkung des Energie Strahls durch Ändern der angelegten Span nung. - Changing the optical deflection of the energy beam by changing the applied voltage.
22. Fertigungseinrichtung (1) zum additiven Fertigen eines Bauteils (4) aus einem Pulver material (2), das in einem Arbeitsbereich (9) bereitgestellt wird, mit einer Strahlerzeugungseinrichtung (3), die eingerichtet ist zum Erzeugen eines konti nuierlichen Energiestrahls (5) zum Bestrahlen des Pulvermaterials (2), einer Scannereinrichtung (7), die für eine mechanische Ablenkung eingerichtet ist, um den Energiestrahl (5) an einer Mehrzahl von Bestrahlungspositionen (11) zu positionieren, wobei die Bestrahlungspositionen (11) den Arbeitsbereich (9) im Wesentlichen aufspannen, einer Ablenkeinrichtung (13), die für eine optische Ablenkung eingerichtet ist, um den Energiestrahl (5) innerhalb eines Strahlbereichs (15) um jede der Bestrahlungspositionen (11) auf mindestens eine Strahlposition der Abfolge von Strahlpositionen (17) abzulenken, und einer Steuereinrichtung (19), die mit der Scannereinrichtung (7) und der Ablenkein richtung (13) wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Ablenkeinrichtung (13) und die Scannereinrichtung (7) derart anzusteuern, dass die optische Ablenkung und die mechanische Ablenkung zeitgleich oder aufeinanderfolgend verändert werden, um mit dem kontinuierli chen Energiestrahl (5) einen durch eine Abfolge der Strahlpositionen (17) ausgebildeten Be- Strahlungspfad (101) abzutasten, wobei der Bestrahlungspfad (101) dazu vorgesehen ist, im Arbeitsbereich (9) das Pulvermaterial (2) in einer Pulverschicht zu verfestigen. 22. Manufacturing device (1) for the additive manufacturing of a component (4) from a powder material (2), which is provided in a work area (9), with a beam generating device (3) which is set up to generate a continuous energy beam (5 ) for irradiating the powder material (2), a scanner device (7) which is set up for mechanical deflection in order to position the energy beam (5) at a plurality of irradiation positions (11), the irradiation positions (11) defining the working area (9 ) essentially span, a deflection device (13) which is set up for optical deflection in order to deflect the energy beam (5) within a beam area (15) around each of the irradiation positions (11) to at least one beam position of the sequence of beam positions (17). , And a control device (19) which is operatively connected to the scanner device (7) and the deflection device (13) and set up to deflect the direction (13) and the scanner device (7) in such a way that the optical deflection and the mechanical deflection are changed at the same time or in succession in order to use the continuous energy beam (5) to generate a characteristic formed by a sequence of the beam positions (17). To scan the radiation path (101), the radiation path (101) being provided for solidifying the powder material (2) in a powder layer in the working area (9).
23. Fertigungseinrichtung (1) nach Anspruch 22, wobei die Ablenkeinrichtung (13) einge richtet ist, um den Energiestrahl (5) sprunghaft an eine Mehrzahl von diskreten Strahlpositio nen (17) zu verlagern. 23. Production device (1) according to claim 22, wherein the deflection device (13) is set up in order to suddenly shift the energy beam (5) to a plurality of discrete beam positions (17).
24. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 22 oder 23, wobei die Steuerein richtung (19) eine Frequenzweiche zur Aufteilung der Verlagerung des Energiestrahls (5) ent lang eines Bestrahlungspfads (101) auf eine Ablenkung der Scannereinrichtung (7) und eine Ablenkung der Ablenkeinrichtung (13) aufweist. 24. Manufacturing device (1) according to one of claims 22 or 23, wherein the control device (19) has a frequency filter for dividing the displacement of the energy beam (5) along a radiation path (101) to a deflection of the scanner device (7) and a deflection the deflection device (13).
25. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei 25. Manufacturing device (1) according to any one of claims 22 to 24, wherein
- die Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, die Scannereinrichtung (7) und die Ablenk einrichtung (13) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 anzusteuem,- the control device (19) is set up to control the scanner device (7) and the deflection device (13) according to a method according to one of claims 1 to 21,
- die Scannereinrichtung (7) mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer- Scanner, Piezo-Scanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Ar beitsbereich (9) verlagerbaren Arbeitskopf aufweist, - the scanner device (7) has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head that can be displaced relative to the working area (9),
- die Ablenkeinrichtung (13) mindestens einen elektro-optischen Deflektor und/oder akusto- optischen Deflektor (21), vorzugsweise zwei nicht parallel, insbesondere senkrecht zueinander orientierte elektro-optische oder akusto-optische Deflektoren (21), aufweist, - the deflection device (13) has at least one electro-optical deflector and/or acousto-optical deflector (21), preferably two electro-optical or acousto-optical deflectors (21) that are not oriented parallel, in particular perpendicular to one another,
- die Ablenkeinrichtung mindestens einen akusto-opti sehen Deflektor (21) mit einem opti schen Material, wie einem Kristall, und einem Anreger (112) zum Erzeugen akustischer Wel len im optischen Material aufweist, und/oder - The deflection device has at least one acousto-optical deflector (21) with an optical material, such as a crystal, and an exciter (112) for generating acoustic waves in the optical material, and/or
- die Strahlerzeugungseinrichtung (3) als Dauerstrich-Laser ausgebildet ist. - The beam generating device (3) is designed as a continuous wave laser.
EP21754722.3A 2020-07-21 2021-07-21 Method for moving a continuous energy beam, and manufacturing device Pending EP4185427A1 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202020107409 2020-07-21
DE102020006217 2020-10-09
DE102020128807 2020-11-02
DE102020131032.3A DE102020131032A1 (en) 2020-07-21 2020-11-24 Process for displacing a continuous energy beam and manufacturing device
PCT/EP2021/070409 WO2022018146A1 (en) 2020-07-21 2021-07-21 Method for moving a continuous energy beam, and manufacturing device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4185427A1 true EP4185427A1 (en) 2023-05-31

Family

ID=79729054

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21754722.3A Pending EP4185427A1 (en) 2020-07-21 2021-07-21 Method for moving a continuous energy beam, and manufacturing device
EP21754725.6A Pending EP4185430A1 (en) 2020-07-21 2021-07-21 Method for abruptly moving a continuous energy beam, and manufacturing device

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21754725.6A Pending EP4185430A1 (en) 2020-07-21 2021-07-21 Method for abruptly moving a continuous energy beam, and manufacturing device

Country Status (4)

Country Link
US (2) US20230158571A1 (en)
EP (2) EP4185427A1 (en)
CN (1) CN116133777A (en)
WO (2) WO2022018146A1 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230001639A1 (en) * 2021-06-30 2023-01-05 General Electric Company Additive manufacturing using solid state optical deflectors
CN114669757B (en) * 2022-03-24 2023-07-21 西安交通大学 Method for inhibiting cracks in high-temperature alloy electron beam powder laying selective melting additive manufacturing
US11788953B1 (en) 2023-06-10 2023-10-17 IntraAction Corp. Isotope isolation
US11949207B1 (en) 2023-06-10 2024-04-02 IntraAction Inc. AOD device
US11953668B1 (en) 2023-06-10 2024-04-09 IntraAction Corp. Tunable filter for microscope
US11829011B1 (en) 2023-06-10 2023-11-28 IntraAction Corp. Robotic system for acousto-optic transducer bonding
US11828846B1 (en) 2023-06-10 2023-11-28 IntraAction Corp. Lidar acousto-optic device and methods of fabrication

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE135952T1 (en) * 1989-10-30 1996-04-15 3D Systems Inc IMPROVED STEREOLITHOGRAPHIC FORMING TECHNOLOGY
DE4123323C2 (en) 1991-07-13 1994-02-10 Andreas Ehlerding Tool carrier
DE19840926B4 (en) * 1998-09-08 2013-07-11 Hell Gravure Systems Gmbh & Co. Kg Arrangement for material processing by means of laser beams and their use
DE10355614B4 (en) 2003-11-28 2006-11-23 Siemens Ag Device and method for movement distribution of a movement of a machine part along a drive axis of a tool or production machine
ITVR20120231A1 (en) 2012-11-20 2014-05-21 Sisma Spa MACHINE TO PRODUCE THREE-DIMENSIONAL OBJECTS FROM POWDERED MATERIALS
CN110039329B (en) * 2015-06-22 2022-02-15 伊雷克托科学工业股份有限公司 Multi-spindle machine tool
DE102018202506A1 (en) * 2018-02-19 2019-08-22 Eos Gmbh Electro Optical Systems Controlled solidification additive manufacturing process and associated apparatus
DE102018125731A1 (en) * 2018-10-17 2020-04-23 SLM Solutions Group AG Method and device for producing a three-dimensional workpiece

Also Published As

Publication number Publication date
US20230158571A1 (en) 2023-05-25
EP4185430A1 (en) 2023-05-31
WO2022018146A1 (en) 2022-01-27
CN116133777A (en) 2023-05-16
US20230173609A1 (en) 2023-06-08
WO2022018150A1 (en) 2022-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4185427A1 (en) Method for moving a continuous energy beam, and manufacturing device
EP3256285B1 (en) Irradiation apparatus, processing machine and method for creating a layer or a section of a layer of a three-dimensional component
EP2136957B1 (en) Method and device for machining a workpiece
EP3172006B1 (en) Method for structuring a roller by means of laser removal
DE102016107052A1 (en) 3D printing device for the production of a spatially extended product
WO2020178216A1 (en) Control method, control device and production apparatus
EP3866999B1 (en) Method and device for producing a three-dimensional workpiece
EP3414044B1 (en) Method of producing at least a sub-region of a layer of a three-dimensional component
DE102008016011A1 (en) Correction of optical elements by means of flatly irradiated correction light
DE102017212565A1 (en) Method for producing a coherent surface area, irradiation device and processing machine
DE102018128265A1 (en) Method and device for generating control data for a device for additive manufacturing
EP2755793B1 (en) Method and apparatus for structuring workpiece surfaces by machining with two bundles of energetic radiation
DE102020131032A1 (en) Process for displacing a continuous energy beam and manufacturing device
DE102020213711A1 (en) Planning device and method for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam, computer program product for carrying out such a method, manufacturing device with such a planning device, and method for additively manufacturing a component from a powder material
DE102012217766A1 (en) Method and apparatus for vapor pressure cutting of a metallic workpiece
DE102020210724A1 (en) Manufacturing equipment, method and computer program product for the additive manufacturing of components from a powder material
DE102015200795B3 (en) Arrangement for irradiating an object surface with a plurality of partial beams of ultrashort pulsed laser radiation
EP4185428A1 (en) Manufacturing device and method for additive manufacturing of a component from a powder material, and method for producing a specific intensity profile of an energy beam
DE102020209172A1 (en) Manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, method for changing a beam profile of an energy beam, and use of at least one acousto-optical deflector
DE102018106579A1 (en) Method for processing a workpiece by means of irradiation with laser radiation and device therefor
EP3888887B1 (en) Method and apparatus for lithography-based generative production of a three-dimensional component
WO2019034259A1 (en) Method for processing a material layer using energetic radiation having variable energy distribution
EP4185429A1 (en) Manufacturing device for additive manufacturing of components from a powder material, method for changing a beam profile of an energy beam, and use of at least one acousto-optical deflector
DE102020209173A1 (en) Manufacturing device and method for additively manufacturing a component from a powder material, and method for generating a specific intensity profile of an energy beam
EP4225524A1 (en) Local selective irradiation of a working area with a non-circular beam shape

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230202

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)