EP4185429A1 - Fertigungseinrichtung zum additiven fertigen von bauteilen aus einem pulvermaterial, verfahren zum verändern eines strahlprofils eines energiestrahls, und verwendung von wenigstens einem akustooptischen deflektor - Google Patents

Fertigungseinrichtung zum additiven fertigen von bauteilen aus einem pulvermaterial, verfahren zum verändern eines strahlprofils eines energiestrahls, und verwendung von wenigstens einem akustooptischen deflektor

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EP4185429A1
EP4185429A1 EP21754724.9A EP21754724A EP4185429A1 EP 4185429 A1 EP4185429 A1 EP 4185429A1 EP 21754724 A EP21754724 A EP 21754724A EP 4185429 A1 EP4185429 A1 EP 4185429A1
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EP
European Patent Office
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area
profile
powder material
shape
energy beam
Prior art date
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Pending
Application number
EP21754724.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Allenberg-Rabe
Valentin BLICKLE
Jonas Grünewald
Philipp Wagenblast
Wilhelm Meiners
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 SE
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE102020131032.3A external-priority patent/DE102020131032A1/de
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
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    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • 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
  • the invention relates to a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, a method for changing a beam profile of an energy beam, and the use of at least one acousto-optical deflector.
  • an energy 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 powder material layers arranged one after the other in the working area, in order finally to obtain a three-dimensional component made of solidified powder material.
  • Generating suitable, adapted beam profiles by means of conventional beam shaping, in particular by means of refractive or interferometric optical elements in an optical energy beam, is often complex and cannot be used flexibly. In particular, it turns out to be difficult or even hardly possible to switch between different jet profiles during the individual production process and especially within a layer of powder material.
  • conventional methods of beam shaping only allow the representation of a limited selection of beam profiles, so that they are also limited in their applicability.
  • the invention is based on the object of a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, a method for changing a beam profile of a To create an energy beam on a work area of such a production facility, and to see the use of at least one acousto-optical deflector, the disadvantages mentioned being at least reduced, preferably avoided.
  • the object is achieved in particular by creating a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, which has a beam generating device that is set up to generate an energy beam.
  • the production device also has a scanner device that is set up to move the energy beam to a plurality of irradiation positions within a work area in order to use the energy beam to produce a component from the powder material arranged in the work area.
  • the manufacturing device has a deflection device that is set up to shift the energy beam at one irradiation position of the plurality of irradiation positions within a beam region to a plurality of beam positions.
  • the production device has a control device which is operatively connected to the deflection device and set up to control the deflection device and to change a beam profile of the beam area during the production of a component by changing the control of the deflection device.
  • a jet profile used can be easily and quickly specified and changed during the production of a component, particularly during the processing of the same powder material layer, without the need for special devices, in particular for generating the jet profile.
  • it is easy and quick to switch between different beam profiles.
  • the production device is thus very flexibly able to generate a suitable beam profile adapted to the respective locally prevailing requirements and/or conditions, in particular the respective areas of the component to be produced. It not only has high productivity, but also allows the material properties of the resulting component to be adjusted locally. In particular, this makes it possible to increase the quality of the components produced with the production device proposed here, in particular by selecting particularly suitable beam profiles.
  • the production facility proposed here also allows, through suitable control of the scanner device on the one hand and the deflection device on the other hand, to switch between the most efficient and, in particular, also fast component production and a particularly high-quality production, in particular also with locally varying adjustment of the material properties for the component being produced, for example a higher one Hardness in the area of the component surface than in the interior of the component.
  • the scanner device on the one hand and the deflection device on the other hand allow a separation of the time and length scales relevant for the production of the resulting component.
  • the scanner device is set up to shift the energy beam on a larger time scale than the deflection device along the plurality of irradiation positions, in particular along a predetermined radiation path, more or less globally over the entire working area
  • the deflection device is set up to move the energy beam on a relative to the time scale of the scanner device shorter time scale quasi locally at an irradiation position predetermined by the scanner device and quasi fixed due to the time scale separation to the plurality of beam positions within the beam area.
  • the scanner device in particular shifts the beam profile generated in this way along the plurality of irradiation positions, in particular along the irradiation path.
  • a plurality of adjacent irradiation positions in particular a contiguous section of the irradiation path, are covered with the same beam profile.
  • different sections of the irradiation path are preferably covered with different beam profiles.
  • the generated beam profile is in particular also quasi-static with regard to the melting process in the powder material, the time scale for the deflection of the energy beam by the deflection device being significantly shorter than the characteristic interaction time of the energy beam with the powder material. Averaged over time, the dynamically generated beam profile interacts with the powder material like a statically generated profile.
  • Additive or generative production of a component is understood in particular as meaning a layered construction of a component from powder material, in particular a powder bed-based method for producing a component in a powder bed, in particular a production method which is selected from a group consisting of selective laser sintering, Laser Metal Fusion (LMF), Direct Metal Laser Melting (DMLM), Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), and Laser Engineered Net Shaping (LENS).
  • LMF Laser Metal Fusion
  • DMLM Direct Metal Laser Melting
  • LNSM Laser Net Shaping Manufacturing
  • LENS Laser Engineered Net Shaping
  • An energy beam is generally understood to mean directed radiation that can transport energy. This can generally involve particle radiation or wave radiation.
  • the energy beam propagates through the physical space along a propagation direction and thereby transports energy along its propagation direction.
  • the energy beam is an optical working beam.
  • 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 or generative manufacturing of a component from powder material, in particular for sintering or melting the powder material.
  • an optical working beam means a laser beam that can be generated continuously or in a pulsed manner.
  • 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 working area is understood to mean in particular an area, in particular a plane or surface, in which the powder material is arranged and which is locally impinged on by the energy beam in order to locally solidify the powder material.
  • the powder material is sequentially arranged in layers in the work area and is locally exposed to the energy beam in order to produce a component—layer by layer.
  • An irradiation position is understood to mean, in particular, a location within the work area at which energy is deposited locally by means of the energy beam in the work area, in particular in the powder material arranged there.
  • the scanner device is preferably set up to displace the energy beam within the working area along an irradiation path, the irradiation path consisting of a time sequence of irradiation positions swept over one after the other by the energy beam.
  • the individual irradiation positions can be arranged at a distance from one another, but they can also overlap one another.
  • the irradiation path can be a path continuously scanned with the energy beam.
  • a beam area is understood here in particular as an area at an irradiation position within which the specific intensity profile is generated.
  • the beam area has, in particular, a surface area that is larger than a cross section of the energy beam projected onto the work area.
  • the deflection device is thus set up in particular to shift the energy beam at a fixed irradiation position, in particular at each irradiation position, within the beam area and thus to impinge on a specific area - the beam area - within the working area with the energy beam, which is larger, at the fixed irradiation position as the cross-section of the energy beam projected onto the work area; in contrast, the scanner device is set up to shift the energy beam between the individual irradiation positions and thus in turn to enable the deflection device to scan a new beam area at a different location with the energy beam.
  • the deflection device is therefore used for local deflection of the energy beam at an irradiation position, while the scanner device is used for global displacement of the energy beam on the work area.
  • the scanner device is preferably set up to cover the entire work area with the energy beam, the deflection device being set up to deflect the energy beam locally at an irradiation position within the beam area specified by the scanner device, with the respective beam area being very much smaller than the work area.
  • the beam area preferably has a length scale in the range from a few (i.e.
  • the scanner device on the one hand and the deflection device on the other hand preferably also differ with regard to the time scale on which the energy beam is deflected:
  • the deflection of the energy beam by the deflection device within the beam area preferably takes place on a shorter, in particular much shorter time scale than the deflection within the Working area by the scanner device, that is, as the change from one irradiation position to the next irradiation position.
  • a specific beam profile can advantageously be generated quasi-statically at each irradiation position, which is predetermined by a momentary setting of the scanner device, by means of the deflection device by suitably shifting the energy beam within the beam area.
  • the time scale over which the energy beam can be deflected by the deflection means is less than the time scale over which deflection of the energy beam can occur by a factor of 10 to 1000, preferably 20 to 200, preferably 40 to 100, or more done by the scanner device.
  • the control device 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 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 is preferably set up to synchronize the scanner device with the deflection device using a digital RF synthesizer, the RF synthesizer being controlled via a programmable FPGA board.
  • Position values and default values for the beam profile are preferably calculated, which are then converted in the FPGA board into time-synchronous frequency defaults for the RF synthesizer.
  • the beam profiles need to be spatially assigned to the irradiation positions in the respective powder material layer, which is preferably already carried out in a build processor. This writes the corresponding data to a file, which is then preferably used by the control device.
  • the deflection device is set up to suddenly shift the energy beam to the plurality of beam positions, with the plurality of beam positions being discrete beam positions.
  • the plurality of beam positions are discrete beam positions.
  • adjacent beam positions it is possible for adjacent beam positions to be spaced apart from one another.
  • adjacent beam positions it is also possible for adjacent beam positions to overlap with one another at least in regions.
  • the energy beam is advantageously not shifted continuously from beam position to beam position by the deflection device, but in particular 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 disappears at the first beam position and appears at the second beam position during the abrupt or discrete shift from a first beam position to a second beam position, especially without sweeping over intermediate areas. In this way, a very rapid displacement of the energy beam within the beam area is possible, and material transport processes that would otherwise be based on a continuous displacement of the energy beam can preferably be avoided, which increases the quality of the resulting component.
  • the control device is set up to change a shape of the beam area as a beam profile during the production of the component.
  • a shape of the beam area is understood to mean in particular the geometry of an outer border of the beam area or--equivalently--a shape of the surface over which the energy beam sweeps quasi-statically within the beam area. This corresponds to a quasi-static cross-sectional profile of the energy radiation with which the working area is exposed at the respective irradiation position.
  • control device is preferably set up to change an intensity profile in the beam area as the beam profile during the production of the component.
  • an intensity profile is understood to mean, in particular, a surface power density distribution of the energy beam.
  • the beam profile in particular the shape of the beam area and/or the intensity profile, it is advantageously possible to adapt the beam profile quickly and easily as required during the manufacture of the component.
  • the control device is set up to specify the blasting profile, in particular the shape of the blasting area, depending on a current irradiation position within the component to be produced, in particular within the same powder material layer.
  • the control device is set up to specify different beam profiles at different irradiation positions. In this way, the beam profile can advantageously be adapted flexibly and locally to different conditions or requirements.
  • a different beam profile can be selected for an outer enveloping area of the resulting component, that is to say in particular for its surface, than for an inner area within the outer enveloping area of the component.
  • a different jet profile can be selected for a contour, i.e. a border or outer boundary of an area to be solidified or solidified within a powder material layer, than for a so-called core, i.e. an area within the contour in the powder material layer.
  • yet another jet profile can be selected for an overhang area, an overhang area being an area within a powder material layer below which, ie in underlying powder material layers, non-solidified powder material is located.
  • Such an overhang is also referred to as "down skin”. This term also refers to the bottom layer of powder material comprising solidified powder material, i.e. a bottom surface of the component.
  • yet another jet profile can be used for a cover layer region, with a cover layer region being a region within a powder material layer above which, ie in overlying powder material layers, non-solidified powder material is located.
  • a cover layer region is a region within a powder material layer above which, ie in overlying powder material layers, non-solidified powder material is located.
  • Such a Top layer area is also referred to as "up skin”. This term also refers to the uppermost layer of powder material, which still comprises solidified powder material, ie a roof surface or uppermost surface of the component.
  • another beam profile can be selected for a volume area of the component being produced, i.e. an area within a powder material layer that is surrounded on all sides, in particular within the powder material layer, but also above and below the powder material layer just processed, in the finished component by solidified powder material .
  • a volume area of the component being produced i.e. an area within a powder material layer that is surrounded on all sides, in particular within the powder material layer, but also above and below the powder material layer just processed, in the finished component by solidified powder material .
  • Such an area is also referred to as an “in skin” area.
  • filigree structures of a component which are, for example, in the order of magnitude of the beam area, and on the other hand for coarser, larger, in particular flat structures.
  • filigree structures, in particular closed structural sections can also be generated solely by controlling the deflection device and generating a local beam profile at a fixed irradiation position, without the scanner device being controlled, in particular by suitably controlling the deflection device to create a beam profile in the shape of the one to be trained Structure section is generated.
  • the specification of the beam profile depending on the current irradiation position also makes it possible to influence the resulting component structure via the intensity distribution.
  • a grain structure of the resulting component changes during irradiation with changed temperature gradients and solidification conditions.
  • local strength values or surface hardnesses can also be influenced and, in particular, varied locally.
  • contour lines can also be hardened to a greater extent with greater hardness in individual powder material layers.
  • an outer enveloping area is in particular an area within a powder material layer which has at least one boundary line to non-solidified powder material within the powder material layer.
  • Such an envelope area can also be an overhang but it can also be surrounded by solidified powder material in the finished component above and below the currently produced layer of powder material.
  • the control device is set up to specify the shape of the beam area as a shape that is selected from a group consisting of: A rotationally symmetrical shape, in particular a three-fold rotationally symmetrical or higher-fold rotationally symmetrical shape, in particular a C 3 rotationally symmetrical shape, a circular shape, a ring shape, a torus shape or donut shape, a polygon, a rectangle, an elongated shape, preferably with rounded corners, a line shape, an irregular shape, and a point shape.
  • a rotationally symmetrical shape in particular a three-fold rotationally symmetrical or higher-fold rotationally symmetrical shape, in particular a C 3 rotationally symmetrical shape, a circular shape, a ring shape, a torus shape or donut shape, a polygon, a rectangle, an elongated shape, preferably with rounded corners, a line shape, an irregular shape, and a point shape.
  • the control device is preferably set up to change or switch over between at least two different shapes of the beam area.
  • the control device is set up to generate the intensity profile as a Gaussian intensity profile.
  • this can also be a Gaussian profile that is elongated along a direction within the working area, with the axis of the longest extension of the Gaussian profile in a preferred embodiment being perpendicular to an irradiation path, i.e. a particularly local displacement direction of the energy beam in the working area, or alternatively along the Irradiation path of the energy beam, ie in the displacement direction, can extend.
  • the axis of the longest extension of the Gaussian profile can extend at an angle to the irradiation path.
  • control device is preferably set up to generate the intensity profile as a non-Gaussian intensity profile.
  • control device is set up to generate the intensity profile as a constant intensity profile, in particular in the manner of a flat-top beam.
  • control device is set up to generate the intensity profile as an asymmetrical or distorted intensity profile.
  • the control device is thus preferably able to generate a large number of different intensity profiles, in particular any intensity profiles, and to switch between them.
  • control device is set up to specify the blasting profile, in particular the shape of the blasting area, depending on a current irradiation position within the component to be produced, in particular within the same powder material layer, in such a way that the blasting profile projected onto the working area corresponds to a predetermined projected beam profile.
  • control device is set up to distort the specified beam profile in such a way that the projected beam profile corresponds to one of the beam profiles mentioned in the previous developments.
  • the deflection device is arranged in front of the scanner device in the direction of propagation of the energy beam.
  • the propagation direction of the energy beam is in particular a propagation direction of the energy radiation in space.
  • the term “before” refers to the deflection device being reached first by the energy beam during the propagation of the energy beam along the direction of propagation, with the scanner device being reached by the energy beam thereafter.
  • the arrangement of the deflection device in the direction of propagation in front of the scanner device represents a particularly suitable configuration for flexible generation of the beam profile.
  • the deflection device has at least one acousto-optical deflector.
  • An acousto-optical deflector is understood to mean, in particular, an element which has a solid body which is transparent to the energy beam and to which sound waves, in particular ultrasonic waves, can be applied, with the energy beam passing through the transparent solid body depending on the frequency of the sound waves with which the transparent solid is applied, is deflected. 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.
  • 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 optics, 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 suitable manner to generate a quasi-static beam profile in the beam area.
  • Modern acousto-optical deflectors deflect the energy beam with an efficiency of at least 90% into a predetermined angular range of the first diffraction order, so that they are excellently suited as a deflection device for the production device 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 deflection device has two acousto-optical deflectors that are not oriented parallel to one another, but are preferably oriented perpendicularly to one another. A deflection of the energy beam in two directions that are not parallel to one another, in particular perpendicular to one another, is thus advantageously possible.
  • the acousto-optical deflectors, which are not parallel to one another, are preferably arranged one behind the other in the direction of propagation of the energy beam.
  • the production device has a separating mirror in the propagation direction of the energy beam behind the deflection device and in front of the scanner device, which is set up to separate a zeroth-order partial beam of the energy beam from a first-order partial beam.
  • the deflection device has an acousto-optical deflector, due to its configuration, analogous to an optical grating, it generates an undiffracted partial beam of the zeroth order and a diffracted or deflected partial beam of the first order. Only the first-order partial beam should be used to irradiate the working area.
  • the partial beam of the zeroth order is preferably deflected by the separating mirror into a beam trap.
  • This representation is correct for the use of exactly one acousto-optical deflector. If, in a preferred embodiment, two acousto-optical deflectors are used that are not oriented parallel to one another, but are preferably oriented perpendicularly to one another, then the corresponding orders of diffraction must also be considered cumulatively: the partial beam should ultimately be used as the effective beam, which was initially used as a first-order partial beam of the first acousto-optical deflector see deflector hits the second acousto-optical deflector, and then in turn is diffracted as a first-order partial beam from the second acousto-optical deflector. In this case, the useful beam as a “first-order partial beam” is more or less a first-order partial beam. In order to keep the presentation simple, only the first order will be used in the following.
  • the separating mirror preferably has a through hole in a surface that reflects the energy beam, through which the first-order partial beam passes the separating mirror to the work area, in particular to the scanner device.
  • the partial beam of the zeroth order--and preferably also undesired partial beams of a higher order than the first order--impact on the reflecting surface and are deflected by the separating mirror into the beam trap.
  • the separation mirror is preferably arranged in the vicinity of an intermediate focus of a telescope. This enables a particularly clean separation of the partial beams of different orders.
  • the separation mirror is preferably not arranged exactly in the intermediate focus of the telescope, in particular in order to avoid damage to the separation mirror due to an excessive power density of the energy beam.
  • the separation mirror is preferably arranged offset at a distance of one fifth of the focal length of the telescope from the intermediate focus along the direction of propagation, preferably in front of the intermediate focus in the direction of propagation. At the same time, this ensures, on the one hand, a clean separation of the different partial beams of different orders and, on the other hand, a sufficiently low power density of the energy beam on the separation mirror in order to avoid damage to it by the energy beam.
  • the telescope is preferably a 1:1 telescope, ie in particular it has neither a beam-reducing nor a beam-enlarging property.
  • the telescope fulfills two tasks, namely, in addition to the separation of the different partial beams of different orders, it is also preferable to image a beam rotation point, also referred to as a pivot point, to a point in the propagation direction behind the telescope, with the imaged beam rotation point preferably being either on a pivot point of the subsequent scanner device or on a point with the smallest aperture.
  • this consideration also applies only to the use of a single acousto-optical deflector. If two acousto-optical deflectors which are not oriented parallel to one another, but are preferably oriented perpendicularly to one another, are used, two beam pivot points result, namely one beam pivot point in each acousto-optical deflector. However, if the two acousto-optical deflectors are arranged as close as possible one behind the other in the direction of propagation, a single imaginary common beam pivot point can be assumed as a good approximation, which is then arranged between the acousto-optical deflectors.
  • the deflection device has at least one electro-optical deflector, preferably two electro-optical deflectors that are not oriented parallel, in particular perpendicular to one another.
  • Electro-optical deflectors (EOD) deflection is based on refraction upon passage of an optically transparent material.
  • EOD Electro-optical deflectors
  • the aforementioned exemplary embodiments can be modified with acousto-optical deflectors by replacing one or two of the acousto-optical deflectors with an EOD.
  • the scanner device 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.
  • the scanner devices proposed here are particularly suitable for shifting the energy beam within the working area between a plurality of irradiation positions.
  • a working head or processing head that can be displaced relative to the work area is understood here in particular to mean an integrated component of the production facility which has at least one radiation outlet for at least one energy beam, the integrated component, i.e. the working head, as a whole along at least one displacement direction, preferably along two mutually perpendicular directions of displacement, is displaceable relative to the work area.
  • a working head can, in particular, be designed in the form of a portal or be guided by a robot.
  • the working head can be designed as a robot hand of a robot.
  • the beam generating device is designed as a laser.
  • the energy beam is thus advantageously generated as an intensive beam of coherent electromagnetic radiation, in particular coherent light.
  • the production device is set up for selective laser sintering.
  • the production facility is set up for selective laser melting.
  • the object is also achieved by creating a method for changing a beam profile of an energy beam on a work area of a production facility during the additive manufacturing of a component from a powder material, the energy beam being shifted to a plurality of irradiation positions within the work area in order to use the energy beam to produce the component from the powder material arranged in the work area.
  • the energy beam is shifted to a plurality of beam positions at at least one irradiation position of the plurality of irradiation positions within a beam area.
  • the beam profile is changed by changing the displacement of the energy beam in the beam area.
  • the beam profile in particular the shape of the beam area, is changed depending on a current irradiation position within the component to be produced, in particular within the same powder material layer, with different beam profiles being generated in particular at different irradiation positions.
  • the beam profile in particular the shape of the beam area, is changed depending on a current irradiation position within the component to be produced, in particular within the same powder material layer, in such a way that the beam profile projected onto the working area corresponds to a predetermined projected beam profile .
  • the object is also achieved by specifying the use of at least one acousto-optical deflector, the acousto-optical deflector for changing a beam profile of an energy beam on a work area a production device during the additive manufacturing of a component from a powder material, in particular within the same powder material layer, is used.
  • the acousto-optical deflector for changing a beam profile of an energy beam on a work area a production device during the additive manufacturing of a component from a powder material, in particular within the same powder material layer, is used.
  • the acousto-optical deflector is used in a method according to the invention for changing a beam profile of an energy beam or in one of the previously described preferred embodiments of such a method.
  • the acousto-optical deflector is preferably used in a production facility according to the invention or in a production facility according to one of the previously described exemplary embodiments of such a production facility.
  • two acousto-optical deflectors which are in particular not oriented parallel to one another but are preferably oriented perpendicularly to one another, are used in order to change the beam profile of the energy beam. It is thus possible in a particularly simple and rapid manner to change the beam profile in two directions which are preferably not oriented parallel to one another, but are preferably in particular perpendicular to one another.
  • the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. show:
  • Figure 1 shows a representation of an embodiment of a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material
  • Figure 2 is a schematic representation of a plurality of different forms of a
  • Figure 3 is a sketch to explain an electro-optical deflection in the generative
  • the production facility 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a manufacturing device 1 that is set up for the additive manufacturing of components from a powder material.
  • the production facility 1 has a beam generating device 3 which is set up to generate an energy beam 5.
  • the production facility 1 also has a scanner device 7 which is set up to move the energy beam 5 to a plurality of irradiation positions 11 within a work area 9 in order to to produce a component from the powder material arranged in the work area 9 by means of the energy beam 5 .
  • the production device 1 has a deflection device 13 which is set up to shift the energy beam 5 at an irradiation position 11 of the plurality of irradiation positions 11 within a beam region 15 to a plurality of beam positions 17 .
  • the production device 1 has a control device 19, which is operatively connected to the deflection device 13 and set up to control the deflection device 13 and to change a beam profile of the beam area 15 during the production of the component by changing the control of the deflection device 13.
  • the deflection device 13 is set up, in particular, to suddenly shift the energy beam 5 to the plurality of beam positions 17 , the beam positions 17 being discrete beam positions 17 .
  • the control device 19 is set up in particular to change a shape of the beam area 15 and/or an intensity profile in the beam area 15 as a beam profile during the production of the component.
  • the control device 19 is set up in particular to specify the beam profile, in particular the shape of the beam region 15, as a function of a current irradiation position 11 within the component to be produced.
  • the control device 19 is set up to specify different beam profiles at different irradiation positions 11 . In particular, this can be carried out within the same powder material layer, for example in order to apply different jet profiles to different areas of the powder material layer, in particular an enveloping area on the one hand and an inner area on the other.
  • the beam profile can be selected depending on whether a contour, a core, an overhang area, a cover layer area, or a volume area of the resulting component is being processed.
  • the control device 19 is preferably set up to specify the shape of the beam region 15 as a shape that is selected from a group consisting of: a rotationally symmetrical shape, in particular a threefold rotationally symmetrical or higher rotationally symmetrical shape, a circular shape, a ring shape, a torus shape or donut shape, a polygon, a rectangle, an elongated shape preferably with rounded corners, a line shape, an irregular shape, and a dot shape.
  • the control device 19 is set up to change or switch over between different shapes of the beam area 15 .
  • the control device 19 is set up in particular to generate the intensity profile as a Gaussian, non-Gaussian, constant, asymmetrical or distorted intensity profile.
  • the deflection device 13 is arranged in front of the scanner device 7 in particular in the direction of propagation of the energy beam 5 .
  • the deflection device 13 has in particular at least one acousto-optical deflector 21, here in particular two acousto-optical deflectors 21 not oriented parallel, in particular perpendicular to one another, namely a first acousto-optical deflector 21.1 and a second acousto-optical deflector 21.2.
  • the acousto-optical deflectors 21, which are 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 region 15.
  • the production device 1 also has a separating 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 a zero-order partial beam from a first-order partial beam of the energy beam 5 .
  • 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 completely penetrates the separation mirror 23 .
  • the first-order partial beam which is 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.
  • 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 prevents the reflective surface 27 from 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 chosen here; on the other hand, the telescope forms 33 preferably an imaginary common beam pivot point 39 of the deflection device 13 advantageously to a pivot point 41 of the scanner device 7 .
  • 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 scanner device 7 preferably has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner and/or working head.
  • the beam generating device 3 is preferably designed as a laser.
  • the production device 1 is preferably set up for selective laser sintering and/or for selective laser melting.
  • the energy beam 5 is preferably displaced within the work area 9 to a plurality of irradiation positions 11 in order to use the energy beam 5 to Produce component from the arranged in the work area 9 powder material.
  • the energy beam 5 is shifted to a plurality of beam positions 17 at at least one irradiation position 11 of the plurality of irradiation positions 11 within a beam region 15 .
  • the beam profile is changed by changing the displacement of the energy beam 5 in the beam area 15 .
  • the beam profile in particular the shape of the beam area 15, is preferably changed depending on a current irradiation position 11 within the component to be produced, in particular within the same powder material layer, with different beam profiles being generated in particular at different irradiation positions 11.
  • At least one acousto-optical deflector 21 is used, it is used to change a beam profile of an energy beam 5 on a work area 9 of a manufacturing device 1 during the additive manufacturing of a component from a powder material.
  • two acousto-optical deflectors 21.1, 21.2 oriented in particular not parallel, in particular perpendicular to one another, are used.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a plurality of shapes of the beam region 15.
  • a first, circular shape 51 for the beam area 15 is shown at a).
  • a fourth, elongated shape 57 for the beam area 15 is shown with rounded ends.
  • FIG. 3 schematically shows an adjustable deflection of the energy beam 5 with an EOD 131, the refractive index or a refractive index gradient of the optically transparent material of the EOD 131 being adjustable by applying a voltage.
  • the deflection of a laser beam 133 varies, which is preferably again incident on the EOD 131 at the Brewster angle and emerges from it at a correspondingly adjustable deflection angle.
  • a laser beam 133A deflected in this way could be supplied to the scanner device 7 in the arrangement of FIG.
  • a voltage source 135 enables precise adjustment of the voltage that is present between the top and bottom of the prism-shaped crystal forming the EOD 131, for example in FIG.
  • the refractive index or the refractive index gradient and thus the deflection of the energy beam 5 can be set.
  • the refraction behavior present at the EOD reference is also made to "Electro-optic and acousto-optic laser beam scanners"; Romans G.R.B.E. et al., Physics Procedia 56 (2014) 29-39.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fertigungseinrichtung (1) zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial, mit einer Strahlerzeugungseinrichtung (3), die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls (5), einer Scannereinrichtung (7), die eingerichtet ist, um den Energiestrahl (5) innerhalb eines Arbeitsbereichs (9) an eine Mehrzahl von Bestrahlungspositionen (11) zu verlagern, um mittels des Energiestrahls (5) ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich (9) angeordneten Pulvermaterial herzustellen, einer Ablenkeinrichtung (13), die eingerichtet ist, um den Energiestrahl (5) an einer Bestrahlungsposition (11) der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen (11) innerhalb eines Strahlbereichs (15) an eine Mehrzahl von Strahlpositionen (17) zu verlagern, und mit einer Steuereinrichtung (19), die mit der Ablenkeinrichtung (13) wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Ablenkeinrichtung (13) anzusteuern, und um ein Strahlprofil des Strahlbereichs während der Herstellung eines Bauteils zu verändern, indem die Ansteuerung der Ablenkeinrichtung (13) verändert wird.

Description

BESCHREIBUNG
Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial, Verfahren zum Verändern eines Strahlprofils eines Energiestrahls, und Verwendung von wenigstens einem akustooptischen Deflektor
Die Erfindung betrifft eine Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial, ein Verfahren zum Verändern eines Strahlprofils eines Energiestrahls, und eine Verwendung von wenigstens einem akustooptischen Deflektor.
Beim additiven Herstellen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial wird typischerweise ein Energiestrahl an vorbestimmte Bestrahlungspositionen eines Arbeitsbereichs - insbesondere entlang eines vorbestimmten Bestrahlungspfads - verlagert, um in dem Arbeitsbereich angeordnetes Pulvermaterial lokal zu verfestigen. Dies wird insbesondere schichtweise in aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten wiederholt, um schließlich ein dreidimensionales Bauteil aus verfestigtem Pulvermaterial zu erhalten. Um eine Produktivität zu erhöhen und/oder Materialeigenschaften des entstehenden Bauteils lokal verschieden auszugestalten ist es wünschenswert, verschiedene Bereiche innerhalb des zu fertigenden Bauteils, insbesondere verschiedene Bereiche innerhalb einer selben Pulvermaterialschicht in dem Arbeitsbereich, mit verschiedenen Strahlprofilen des Energiestrahls zu beaufschlagen. Eine Erzeugung geeigneter, angepasster Strahlprofile mittels konventioneller Strahlformung, insbesondere durch refraktive oder interferometrische optische Elemente bei einem optischen Energiestrahl, ist oft aufwendig und nicht flexibel einsetzbar. Insbesondere erweist es sich als schwierig oder sogar kaum möglich, während des einzelnen Herstellungsvorgangs und ganz besonders innerhalb einer Pulvermaterialschicht zwischen verschiedenen Strahlprofilen umzuschalten. Darüber hinaus ermöglichen konventionelle Methoden der Strahlformung nur die Darstellung einer begrenzten Auswahl an Strahlprofilen, sodass sie auch in ihrer Anwendbarkeit begrenzt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial, ein Verfahren zum Verändern eines Strahlprofils eines Energiestrahls auf einem Arbeitsbereich einer solchen Fertigungseinrichtung, und eine Verwendung von wenigstens einem akustoopti sehen Deflektor zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest vermindert, vorzugsweise vermieden sind.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, die eine Strahlerzeugungseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls. Die Fertigungseinrichtung weist außerdem eine Scannereinrichtung auf, die eingerichtet ist, um den Energiestrahl innerhalb eines Arbeitsbereichs an eine Mehrzahl von Bestrahlungspositionen zu verlagern, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Außerdem weist die Fertigungseinrichtung eine Ablenkeinrichtung auf, die eingerichtet ist, um den Energiestrahl an einer Bestrahlungsposition der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen innerhalb eines Strahlbereichs an eine Mehrzahl von Strahlpositionen zu verlagern. Weiterhin weist die Fertigungseinrichtung eine Steuereinrichtung auf, die mit der Ablenkeinrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Ablenkeinrichtung anzusteuem, und um ein Strahlprofil des Strahlbereichs während der Herstellung eines Bauteils zu verändern, indem die Ansteuerung der Ablenkeinrichtung verändert wird.
Auf diese Weise kann insbesondere ein verwendetes Strahlprofil während der Herstellung eines Bauteils, insbesondere während der Bearbeitung einer selben Pulvermaterialschicht einfach und schnell vorgegeben und verändert werden, ohne dass es hierfür besonderer, insbesondere für das Erzeugen des Strahlprofils spezifischer Einrichtungen bedarf. Insbesondere ist es einfach und schnell möglich, zwischen verschiedenen Strahlprofilen zu wechseln. Die Fertigungseinrichtung ist somit sehr flexibel in der Lage, angepasst an die jeweils lokal herrschenden Anforderungen und/oder Bedingungen, insbesondere die jeweils herzustellenden Bereiche des Bauteils, ein geeignetes Strahlprofil zu erzeugen. Sie weist somit nicht nur eine hohe Produktivität auf, sondern ermöglicht auch eine lokal variierende Einstellung der Materialeigenschaften des entstehenden Bauteils. Insbesondere dadurch ist es möglich, die Qualität der mit der hier vorgeschlagenen Fertigungseinrichtung hergestellten Bauteile, insbesondere durch Auswahl besonders geeigneter Strahlprofile, zu steigern. Da auf eigens an die Strahlprofile angepasste, insbesondere refraktive oder statische interferometrische optische Elemente verzichtet werden kann, ist die Fertigungseinrichtung trotz ihrer hohen flexiblen Einsetzbarkeit kostengünstig ausgestaltet, ganz besonders unter dem Aspekt, dass es keiner verschiedenartigen Einrichtungen zur Erzeugung verschiedener Strahlprofile bedarf, die zusätzliche Teilekosten verursachen, und zwischen denen umständlich und zeitraubend gewechselt werden müsste. Die hier vorgeschlagene Fertigungseinrichtung erlaubt auch durch geeignete Ansteuerung der Scannereinrichtung einerseits und der Ablenkeinrichtung andererseits einen Wechsel zwischen einer möglichst effizienten, insbesondere auch schnellen Bauteilfertigung und einer qualitativ besonders hochwertigen Fertigung, insbesondere auch mit lokal variierender Einstellung der Materialeigenschaften für das entstehende Bauteil, beispielsweise einer höheren Härte im Bereich der Bauteiloberfläche als im Inneren des Bauteils.
Insbesondere erlauben die Scannereinrichtung einerseits und die Ablenkeinrichtung andererseits eine Separation der für die Herstellung des entstehenden Bauteils relevanten Zeit- und Längenskalen. Während die Scannereinrichtung eingerichtet ist, den Energiestrahl auf einer im Vergleich zu der Ablenkeinrichtung größeren Zeitskala entlang der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen, insbesondere entlang eines vorbestimmten Bestrahlungspfads, quasi global über den gesamten Arbeitsbereich zu verlagern, ist die Ablenkeinrichtung eingerichtet, um den Energiestrahl auf einer relativ zu der Zeitskala der Scannereinrichtung kürzeren Zeitskala quasi lokal an einer durch die Scannereinrichtung vorgegebenen, aufgrund der Zeitskalenseparation quasi festgehaltenen Bestrahlungsposition an die Mehrzahl von Strahlpositionen innerhalb des Strahlbereichs zu verlagern. Aufgrund der Zeitskalenseparation entsteht quasi so an jeder Bestrahlungsposition der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen quasistatisch ein bestimmtes Strahlprofil als geometrische Form und als Intensitätsprofil des Strahlbereichs. Durch die Scannereinrichtung wird wiederum insbesondere das so erzeugte Strahlprofil entlang der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen, insbesondere entlang des Bestrahlungspfads, verlagert. Durch Veränderung der Ansteuerung der Ablenkeinrichtung kann nun vorteilhaft das Strahlprofil des Strahlbereichs, insbesondere also die Form des Strahlbereichs und/oder das Intensitätsprofil in dem Strahlbereich, quasi beliebig verändert werden, bei Bedarf sogar von Bestrahlungsposition zu Bestrahlungsposition. In der Regel werden allerdings eine Mehrzahl benachbarter Bestrahlungspositionen, insbesondere jeweils ein zusammenhängender Abschnitt des Bestrahlungspfads, mit einem gleichen Strahlprofil überstrichen. Verschiedene Abschnitte des Bestrahlungspfads werden aber vorzugsweise mit verschiedenen Strahlprofilen üb er strichen. Das erzeugte Strahlprofil ist insbesondere auch quasistatisch mit Blick auf den Schmelzprozess im Pulvermaterial, wobei die Zeitskala für die Ablenkung des Energiestrahls durch die Ablenkeinrichtung deutlich kürzer ist als die charakteristische Wechselwirkungszeit des Energiestrahls mit dem Pulvermaterial. Das dynamisch generierte Strahlprofil wechselwirkt so über die Zeit gemittelt mit dem Pulvermaterial wie ein statisch erzeugtes Profil.
Unter einem additiven oder generativen Herstellen eines Bauteils wird insbesondere ein schichtweises Aufbauen eines Bauteils aus Pulvermaterial verstanden, insbesondere ein Pulverbett-basiertes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in einem Pulverbett, insbesondere ein Fertigungsverfahren, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintem, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die Fertigungseinrichtung ist demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten additiven oder generativen Fertigungsverfahren.
Unter einem Energiestrahl wird allgemein 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 transportiert dabei Energie entlang seiner Propagationsrichtung. Insbesondere ist es mittels des Energiestrahls möglich, Energie lokal in dem Arbeitsbereich zu deponieren.
Der Energiestrahl ist in bevorzugter Ausgestaltung ein optischer Arbeitsstrahl. Unter einem optischen Arbeitsstrahl ist insbesondere gerichtete elektromagnetische Strahlung, kontinuierlich oder gepulst, zu verstehen, die im Hinblick auf ihre Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich geeignet ist zum additiven oder generativen Fertigen eines Bauteils aus Pulvermaterial, insbesondere zum Sintern oder Schmelzen des Pulvermaterials. Insbesondere wird unter einem optischen Arbeitsstrahl ein Laserstrahl verstanden, der kontinuierlich oder gepulst erzeugt sein kann. Der optische Arbeitsstrahl weist bevorzugt eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich im sichtbaren elektromagnetischen Spektrum oder im infraroten elektromagnetischen Spektrum, oder im Überlappungsbereich zwischen dem infraroten Bereich und dem sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums auf. Unter einem Arbeitsbereich wird insbesondere ein Bereich, insbesondere eine Ebene oder Fläche, verstanden, in dem das Pulvermaterial angeordnet ist, und der lokal mit dem Energiestrahl beaufschlagt wird, um das Pulvermaterial lokal zu verfestigen. Insbesondere wird das Pulvermaterial in dem Arbeitsbereich sequentiell schichtweise angeordnet und mit dem Energiestrahl lokal beaufschlagt, um - Schicht für Schicht - ein Bauteil herzustellen.
Unter einer Bestrahlungsposition wird insbesondere ein Ort innerhalb des Arbeitsbereichs verstanden, an dem lokal mittels des Energiestrahls Energie in den Arbeitsbereich, insbesondere in das dort angeordnete Pulvermaterial, deponiert wird. Die Scannereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um den Energiestrahl innerhalb des Arbeitsbereichs entlang eines Bestrahlungspfads zu verlagern, wobei der Bestrahlungspfad aus einer zeitlichen Abfolge nacheinander mit dem Energiestrahl überstrichener Bestrahlungspositionen besteht. Die einzelnen Bestrahlungspositionen können dabei zueinander beabstandet angeordnet sein, aber auch miteinander überlappen. Insbesondere kann der Bestrahlungspfad ein kontinuierlich mit dem Energiestrahl abgetasteter Pfad sein.
Unter einem Strahlbereich wird hier insbesondere ein Bereich an einer Bestrahlungsposition verstanden, innerhalb dessen das bestimmte Intensitätsprofil erzeugt wird. Der Strahlbereich weist dabei insbesondere eine flächenmäßige Ausdehnung auf, die größer ist als ein auf den Arbeitsbereich projizierter Querschnitt des Energiestrahls.
Die Ablenkeinrichtung ist somit insbesondere eingerichtet, um den Energiestrahl an einer festgehaltenen Bestrahlungsposition, insbesondere an jeder Bestrahlungsposition, innerhalb des Strahlbereichs zu verlagern und so an der festgehaltenen Bestrahlungsposition einen bestimmten Bereich - den Strahlbereich - innerhalb des Arbeitsbereichs mit dem Energiestrahl zu beaufschlagen, der größer ist als der auf den Arbeitsbereich projizierte Querschnitt des Energiestrahls; demgegenüber ist die Scannereinrichtung eingerichtet, um den Energiestrahl zwischen den einzelnen Bestrahlungspositionen zu verlagern und somit wiederum der Ablenkeinrichtung zu ermöglichen, einen neuen Strahlbereich an einem anderen Ort mit dem Energiestrahl zu üb erstreichen. Die Ablenkeinrichtung dient also einer lokalen Ablenkung des Energiestrahls an einer Bestrahlungsposition, während die Scannereinrichtung der globalen Verlagerung des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich dient.
Die Scannereinrichtung und die Ablenkeinrichtung unterscheiden sich somit insbesondere - wie bereits ausgeführt - mit Blick auf die Längenskala der möglichen Verlagerung, wobei die Scannereinrichtung bevorzugt eingerichtet ist, den gesamten Arbeitsbereich mit dem Energiestrahl zu üb erstreichen, wobei die Ablenkeinrichtung eingerichtet ist, um den Energiestrahl lokal an einer durch die Scannereinrichtung vorgegebenen Bestrahlungsposition innerhalb des Strahlbereichs abzulenken, wobei der jeweilige Strahlbereich sehr viel kleiner ist als der Arbeitsbereich. Insbesondere weist der Strahlbereich bevorzugt eine Längenskala im Bereich von wenigen (das heißt kleiner zehn) Millimetern bis zu wenigen Zentimetern auf, sowie bevorzugt eine flächige Ausdehnung im Bereich von wenigen Quadratmillimetern bis zu wenigen Quadratzentimetem, während der Arbeitsbereich eine Längenskala im Bereich von wenigen Dezimetern bis zu wenigen Metern aufweist, sowie vorzugsweise eine flächige Ausdehnung im Bereich von wenigen Quadratdezimetern bis zu wenigen Quadratmetern.
Die Scannereinrichtung einerseits und die Ablenkungseinrichtung andererseits unterscheiden sich bevorzugt auch bezüglich der Zeitskala, auf welcher eine Ablenkung des Energiestrahls erfolgt: Insbesondere erfolgt die Ablenkung des Energiestrahls durch die Ablenkeinrichtung innerhalb des Strahlbereichs bevorzugt auf einer kürzeren, insbesondere sehr viel kürzeren Zeitskala als die Ablenkung innerhalb des Arbeitsbereichs durch die Scannereinrichtung, das heißt als der Wechsel von einer Bestrahlungsposition zur nächsten Bestrahlungsposition. Auf diese Weise kann vorteilhaft an jeder Bestrahlungsposition, die durch eine momentane Einstellung der Scannereinrichtung vorgegeben ist, mittels der Ablenkeinrichtung quasistatisch ein bestimmtes Strahlprofil durch geeignete Verlagerung des Energiestrahls innerhalb des Strahlbereichs erzeugt werden. Vorzugsweise ist die Zeitskala, auf welcher der Energiestrahl durch die Ablenkeinrichtung abgelenkt werden kann, um einen Faktor von 10 bis 1000, vorzugsweise von 20 bis 200, vorzugsweise von 40 bis 100, oder mehr, kleiner als die Zeitskala, auf der eine Ablenkung des Energiestrahls durch die Scannereinrichtung erfolgt.
Die Steuereinrichtung 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 eine RTC6- Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuellen erhältlichen Ausgestaltung.
Die Steuereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um die Scannereinrichtung mit der Ablenkeinrichtung mittels eines digitalen RF- Synthesizers zu synchronisieren, wobei der RF- Synthesizer über ein programmierbares FPGA-Board angesteuert wird. Zusätzlich erfolgt bevorzugt eine Aufteilung in die vergleichsweise langsame Bewegung der Scannereinrichtung und die schnelle Bewegung der Ablenkeinrichtung mittels einer Frequenzweiche. Bevorzugt werden Positionswerte und Vorgabewerte für das Strahlprofil errechnet, die dann in dem FPGA-Board in zeitlich synchrone Frequenzvorgaben für den RF-Synthesizer umgerechnet werden. Davor braucht es eine räumliche Zuweisung der Strahlprofile zu Bestrahlungspositionen in der jeweiligen Pulvermaterialschicht, was bevorzugt schon in einem Buildprozessor durchgeführt wird. Dieser schreibt die entsprechenden Daten in eine Datei, die dann vorzugsweise von der Steuereinrichtung verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt möglich, aus vordefinierten Strahlprofilen auszuwählen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ablenkeinrichtung eingerichtet ist, um den Energiestrahl sprunghaft an die Mehrzahl von Strahlpositionen zu verlagern, wobei es sich bei der Mehrzahl von Strahlpositionen um diskrete Strahlpositionen handelt. Insbesondere ist es möglich, dass benachbarte Strahlpositionen voneinander beabstandet sind. Es ist aber auch möglich, dass benachbarte Strahlpositionen zumindest bereichsweise miteinander überlappen. Der Energiestrahl wird durch die Ablenkeinrichtung vorteilhaft nicht kontinuierlich von Strahlposition zu Strahlposition verlagert, sondern insbesondere in diskreten Schritten. Ohne Beschränkung und ohne an die Theorie gebunden sein zu wollen, kann für alle praktischen Anwendungszwecke angenommen werden, dass der Energiestrahl bei der sprunghaften oder diskreten Verlagerung 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 überstreichen. Auf diese Weise ist eine sehr schnelle Verlagerung des Energiestrahls innerhalb des Strahlbereichs möglich, und es können vorzugsweise Materialtransportprozesse, die andernfalls auf einer kontinuierlichen Verlagerung des Energiestrahls beruhen, vermieden werden, was die Qualität des entstehenden Bauteils erhöht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um als Strahlprofil eine Form des Strahlbereichs während der Herstellung des Bauteils zu verändern. Unter einer Form des Strahlbereichs wird dabei insbesondere die Geometrie einer äußeren Umrandung des Strahlbereichs oder - äquivalent - eine Form der quasistatisch innerhalb des Strahlbereichs mit dem Energiestrahl überstrichenen Fläche verstanden. Dies entspricht einem quasi statischen Querschnittsprofil der Energiestrahlung, mit welcher der Arbeitsbereich an der jeweiligen Bestrahlungsposition beaufschlagt wird.
Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinrichtung bevorzugt eingerichtet, um als Strahlprofil ein Intensitätsprofil in dem Strahlbereich während der Herstellung des Bauteils zu verändern. Unter einem Intensitätsprofil wird dabei insbesondere eine Flächenleistungsdichteverteilung des Energiestrahls verstanden.
Durch Veränderung des Strahlprofils, insbesondere der Form des Strahlbereichs und/oder des Intensitätsprofils, ist es in vorteilhafter Weise einfach und schnell möglich, das Strahlprofil während der Herstellung des Bauteils bedarfsgerecht anzupassen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um das Strahlprofil, insbesondere die Form des Strahlbereichs, abhängig von einer momentanen Bestrahlungsposition innerhalb des herzustellenden Bauteils, insbesondere innerhalb einer selben Pulvermaterialschicht, vorzugeben. Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um an verschiedenen Bestrahlungspositionen verschiedene Strahlprofile vorzugeben. Auf diese Weise kann vorteilhaft das Strahlprofil flexibel und lokal an verschiedene Bedingungen oder Anforderungen angepasst werden.
Beispielsweise kann für einen äußeren Hüllbereich des entstehenden Bauteils, das heißt insbesondere für dessen Oberfläche, ein anderes Strahlprofil gewählt werden als für einen inneren Bereich innerhalb des äußeren Hüllbereichs des Bauteils.
Alternativ oder zusätzlich kann für eine Kontur, das heißt eine Umrandung oder äußere Grenze eines zu verfestigenden oder verfestigten Bereichs innerhalb einer Pulvermaterialschicht, ein anderes Strahlprofil gewählt werden als für einen sogenannten Kern, das heißt einen Bereich innerhalb der Kontur in der Pulvermaterialschicht.
Zusätzlich oder alternativ kann ein wieder anderes Strahlprofil für einen Überhangbereich gewählt werden, wobei ein Überhangbereich ein Bereich innerhalb einer Pulvermaterialschicht ist, unterhalb von dem, das heißt in darunterliegenden Pulvermaterialschichten, sich nicht-verfestigtes Pulvermaterial befindet. Ein solcher Überhang wird auch als „down skin“ bezeichnet. Dieser Begriff bezeichnet auch die unterste Pulvermaterialschicht, die verfestigtes Pulvermaterial umfasst, das heißt eine Bodenfläche des Bauteils.
Zusätzlich oder alternativ kann ein wieder anderes Strahlprofil für einen Deckschichtbereich verwendet werden, wobei eine Deckschichtbereich ein Bereich innerhalb einer Pulvermaterialschicht ist, oberhalb von dem, das heißt in darüberliegenden Pulvermaterialschichten, sich nicht-verfestigtes Pulvermaterial befindet. Ein solcher Deckschichtbereich wird auch als „up skin“ bezeichnet. Dieser Begriff bezeichnet auch die oberste Pulvermaterialschicht, die noch verfestigtes Pulvermaterial umfasst, das heißt eine Dachfläche oder oberste Fläche des Bauteils.
Insbesondere kann ein wieder anderes Strahlprofil gewählt werden für einen Volumenbereich des entstehenden Bauteils, das heißt einen Bereich innerhalb einer Pulvermaterialschicht, der allseitig, insbesondere innerhalb der Pulvermaterialschicht, aber auch oberhalb und unterhalb der gerade bearbeiteten Pulvermaterialschicht, in dem fertiggestellten Bauteil von verfestigtem Pulvermaterial umgeben ist. Ein solcher Bereich wird auch als „in skin“ -Bereich bezeichnet.
Verschiedene Strahlprofile können auch verwendet werden einerseits für filigrane Strukturen eines Bauteils, die beispielsweise in der Größenordnung des Strahlbereichs liegen, und andererseits für gröbere, größere, insbesondere flächige Strukturen. Gegebenenfalls können filigrane Strukturen, insbesondere abgeschlossene Strukturab schnitte, auch allein durch Ansteuerung der Ablenkeinrichtung und Erzeugen eines lokalen Strahlprofils an einer festgehaltenen Bestrahlungsposition erzeugt werden, ohne dass die Scannereinrichtung angesteuert wird, insbesondere in dem durch geeignete Ansteuerung der Ablenkeinrichtung ein Strahlprofil in der Form des auszubildenden Strukturabschnitts erzeugt wird.
Die Vorgabe des Strahlprofils abhängig von der momentanen Bestrahlungsposition ermöglicht es auch, das entstehende Bauteilgefüge über die Intensitätsverteilung zu beeinflussen. Beispielsweise verändert sich eine Kornstruktur des entstehenden Bauteils bei Bestrahlung mit veränderten Temperaturgradienten und Erstarrungsbedingungen. Somit können insbesondere auch lokale Festigkeitswerte oder Oberflächenhärten beeinflusst und insbesondere lokal variiert werden.
Insbesondere ist es möglich, die äußere Oberfläche des Bauteils dadurch zu härten, dass in up skin- oder down skin-Bereichen in mehreren unmittelbar darunter oder darüber angeordneten Pulvermaterialschichten eine höhere Härte des verfestigten Pulvermaterials erzeugt wird. Entsprechend können auch in einzelnen Pulvermaterialschichten Konturlinien in breiterem Umfang mit größerer Härte verfestigt werden.
Ein äußerer Hüllbereich ist demgegenüber insbesondere ein Bereich innerhalb einer Pulvermaterialschicht, der innerhalb der Pulvermaterialschicht zumindest eine Grenzlinie zu nicht-verfestigtem Pulvermaterial aufweist. Ein solcher Hüllbereich kann zugleich ein Überhang sein, er kann aber auch im fertigen Bauteil oberhalb und unterhalb der momentan hergestellten Pulvermaterialschicht von verfestigtem Pulvermaterial umgeben sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um die Form des Strahlbereichs vorzugeben als eine Form, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer rotationssymmetrischen Form, insbesondere einer dreizählig- rotationssymmetrischen oder höherzählig-rotationssymmetrischen Form, insbesondere einer C3- rotationssymmetrischenForm, einer Kreisform, einer Ringform, einer Torusform oder Donutform, einem Polygon, einem Rechteck, einer langgestreckten Form, vorzugsweise mit abgerundeten Ecken, einer Strichform, einer irregulären Form, und einer Punktform. Größere, flächig ausgedehntere Formen werden bevorzugt verwendet, um innenliegende in skin-Bereiche und/oder Kernbereiche und/oder innere Bereiche des Bauteils schnell und somit mit hoher Produktivität zu fertigen, wobei filigranere, kleinere Formen bevorzugt verwendet werden, um insbesondere filigrane oder detaillierte Hüllbereiche oder Überhänge zu bearbeiten.
Die Steuereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um zwischen mindestens zwei verschiedenen Formen des Strahlbereichs zu wechseln oder umzuschalten.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um das Intensitätsprofil als gaußförmiges Intensitätsprofil zu erzeugen. Insbesondere kann es sich dabei auch um einen entlang einer Richtung innerhalb des Arbeitsbereichs langgestrecktes Gaußprofil handeln, wobei sich die Achse längster Erstreckung des Gaußprofils in bevorzugter Ausgestaltung senkrecht zu einem Bestrahlungspfad, das heißt einer insbesondere lokalen Verlagerungsrichtung des Energiestrahls in dem Arbeitsbereich, oder alternativ entlang des Bestrahlungspfads des Energiestrahls, also in Verlagerungsrichtung, erstrecken kann. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass sich die Achse längster Erstreckung des Gaußprofils schräg zu dem Bestrahlungspfad erstreckt.
Alternativ ist die Steuereinrichtung bevorzugt eingerichtet, um das Intensitätsprofil als nicht gaußförmiges Intensitätsprofil zu erzeugen.
Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um das Intensitätsprofil als konstantes Intensitätsprofil, insbesondere nach Art eines Flat-Top-Strahls, zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um das Intensitätsprofil als asymmetrisches oder verzerrtes Intensitätsprofil zu erzeugen. Die Steuereinrichtung ist somit bevorzugt in der Lage, eine Vielzahl von verschiedenen Intensitätsprofilen, insbesondere beliebige Intensitätsprofile, zu erzeugen und zwischen diesen zu wechseln.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um das Strahlprofil, insbesondere die Form des Strahlbereichs, abhängig von einer momentanen Bestrahlungsposition innerhalb des herzustellenden Bauteils, insbesondere innerhalb einer selben Pulvermaterialschicht, derart vorzugeben, dass das auf dem Arbeitsbereich projizierte Strahlprofil einem vorgegebenen projizierten Strahlprofil entspricht.
Dies löst das Problem, dass das Strahlprofil bei nicht senkrechtem Einfall auf das Pulvermaterial im Arbeitsbereich verzerrt wird. So wird bspw. ein kreisförmiges Strahlprofil, das unter einem Winkel zur Oberflächennormalen des Pulvermaterials im Arbeitsbereich auf das Pulvermaterial einfällt zu einer Ellipse verzerrt. Entsprechend kann für das Strahlprofil eine Ellipse derart vorgegeben werden, dass das auf dem Pulvermaterial projizierte Strahlprofil wieder kreisförmig ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinrichtung eingerichtet, das vorgegebene Strahlprofil derart zu verzerren, dass das projizierte Strahlprofil einem der in den vorherigen Weiterbildungen genannten Strahlprofilen entspricht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ablenkeinrichtung in Propagationsrichtung des Energiestrahls vor der Scannereinrichtung angeordnet ist. Die Propagationsrichtung des Energiestrahls ist dabei insbesondere eine Ausbreitungsrichtung der Energiestrahlung im Raum. Der Begriff „vor“ bezieht sich darauf, dass die Ablenkeinrichtung während der Propagation des Energiestrahls entlang der Propagationsrichtung zuerst von dem Energiestrahl erreicht wird, wobei die Scannereinrichtung danach von dem Energiestrahl erreicht wird. Die Anordnung der Ablenkeinrichtung in Propagationsrichtung vor der Scannereinrichtung stellt eine besonders geeignete Konfiguration für eine flexible Erzeugung des Strahlprofils dar.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ablenkeinrichtung mindestens einen akustoopti sehen Deflektor aufweist. Unter einem akustoopti sehen Deflektor wird dabei insbesondere ein Element verstanden, welches einen für den Energiestrahl transparenten Festkörper aufweist, der mit Schallwellen, insbesondere 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 akustoopti sehe 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 akustoopti sehen Deflektor deutlich schneller als typische Schaltzeiten für konventionelle Scanneroptiken, insbesondere Galvanometer-Scanner, die im Allgemeinen zur Verlagerung eines Energiestrahls innerhalb eines Arbeitsbereichs einer Fertigungseinrichtung der hier angesprochenen Art verwendet werden. Daher kann ein solcher akustoopti scher Deflektor in besonders geeigneter Weise zur Erzeugung eines quasi statischen Strahlprofils in dem Strahlbereich verwendet werden.
Moderne akustoopti sehe Deflektoren lenken den Energiestrahl mit einer Effizienz von mindestens 90 % in einen vorbestimmten Winkelbereich der ersten Beugungsordnung ab, 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.
In bevorzugter Ausgestaltung weist die Ablenkeinrichtung zwei nicht parallel zueinander orientierte, vorzugsweise senkrecht zueinander orientierte akustoopti sehe Deflektoren auf. Somit ist vorteilhaft eine Ablenkung des Energiestrahls in zwei nicht zueinander parallele, insbesondere aufeinander senkrecht stehende Richtungen möglich. Die zueinander nicht parallelen akustoopti sehen Deflektoren sind vorzugsweise in Propagationsrichtung des Energiestrahls hintereinander angeordnet.
Mit „hinter“ ist hier insbesondere gemeint, dass ein hinter einem anderen Element angeordnetes Element bei einer Propagation des Energiestrahls entlang der Propagationsrichtung nach dem anderen Element von dem Energiestrahl erreicht wird, analog zu der oben gegebenen Definition für „vor“. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fertigungseinrichtung in Propagationsrichtung des Energiestrahls hinter der Ablenkeinrichtung und vor der Scannereinrichtung einen Separationsspiegel aufweist, der eingerichtet ist, um einen Teilstrahl nullter Ordnung des Energiestrahls von einem Teilstrahl erster Ordnung zu trennen. Insbesondere wenn die Ablenkeinrichtung einen akustoopti sehen Deflektor aufweist, erzeugt sie 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 lediglich der Teilstrahl erster Ordnung verwendet werden. Mithilfe des Separationsspiegels ist es nun vorteilhaft möglich, die Teilstrahlen verschiedener Ordnung voneinander zu trennen und dabei nur den Teilstrahl erster Ordnung zu dem Arbeitsbereich, insbesondere zu der Scannereinrichtung, durchzulassen. Der Teilstrahl nullter Ordnung wird vorzugsweise durch den Separationsspiegel in eine Strahlfalle umgelenkt.
Diese Darstellung ist korrekt für die Verwendung genau eines akustoopti sehen Deflektors. Wenn in bevorzugter Ausgestaltung zwei nicht parallel zueinander orientierte, vorzugsweise senkrecht zueinander orientierte akustoopti sehe Deflektoren verwendet werden, so sind auch die entsprechenden Beugungsordnungen kumulativ zu betrachten: Als Nutzstrahl soll letztlich der Teil strahl verwendet werden, der zunächst als Teil strahl erster Ordnung des ersten akustoopti sehen Deflektors auf den zweiten akustoopti sehen Deflektor trifft, und dann wiederum als Teilstrahl erster Ordnung von dem zweiten akustoopti sehen Deflektor gebeugt wird. Der Nutzstrahl als „Teilstrahl erster Ordnung“ ist in diesem Fall quasi ein Teilstrahl erster erster Ordnung. Um die Darstellung einfach zu halten, wird gleichwohl im Folgenden stets nur von der ersten Ordnung gesprochen.
Insbesondere weist der Separationsspiegel bevorzugt in einer für den Energiestrahl reflektierenden Fläche eine Durchgangsbohrung auf, durch welche der Teilstrahl erster Ordnung den Separationsspiegel zu dem Arbeitsbereich, insbesondere zu der Scannereinrichtung hin, passiert. Der Teilstrahl nullter Ordnung - sowie vorzugsweise auch unerwünschte Teilstrahlen höherer Ordnung als der ersten Ordnung - treffen dagegen auf die reflektierende Fläche und werden durch den Separationsspiegel in die Strahlfalle umgelenkt.
Bevorzugt ist der Separationsspiegel in der Umgebung eines Zwischenfokus eines Teleskops angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders saubere Trennung der Teilstrahlen verschiedener Ordnung. Bevorzugt ist der Separationsspiegel nicht genau im Zwischenfokus des Teleskops angeordnet, insbesondere um eine Beschädigung des Separationsspiegels durch eine zu hohe Leistungsdichte des Energiestrahls zu vermeiden.
Vorzugsweise ist der Separationsspiegel in einem Abstand von einem Fünftel der Brennweite des Teleskops zu dem Zwischenfokus entlang der Propagationsrichtung versetzt angeordnet, vorzugsweise in Propagationsrichtung vor dem Zwischenfokus. Dies gewährleistet zugleich einerseits eine saubere Trennung der verschiedenen Teilstrahlen verschiedener Ordnung und andererseits eine hinreichend niedrige Leistungsdichte des Energiestrahls auf dem Separationsspiegel, um dessen Beschädigung durch den Energiestrahl zu vermeiden.
Das Teleskop ist vorzugsweise ein 1:1 Teleskop, weist also insbesondere weder eine strahlverkleinernde noch strahlvergrößernde Eigenschaft auf. Insbesondere erfüllt das Teleskop zwei Aufgaben, nämlich neben der Separation der verschiedenen Teil strahlen verschiedener Ordnung noch vorzugsweise zusätzlich die Abbildung eines Strahldrehpunktes, auch als Pivot- Punkt bezeichnet, auf einen Punkt in Propagationsrichtung hinter dem Teleskop, wobei der abgebildete Strahl drehpunkt bevorzugt entweder auf einen Pivot-Punkt der nachfolgenden Scannereinrichtung oder auf einem Punkt kleinster Apertur zu liegen kommt.
Auch diese Betrachtung gilt streng genommen nur für die Verwendung eines einzigen akustoopti sehen Deflektors. Werden zwei nicht parallel zueinander orientierte, vorzugsweise senkrecht zueinander orientierte akustoopti sehe Deflektoren verwendet, ergeben sich zwei Strahl drehpunkte, nämlich in jedem akustoopti sehen Deflektor ein Strahl drehpunkt. Werden die beiden akustoopti sehen Deflektoren allerdings so nah wie möglich in Propagationsrichtung hintereinander angeordnet, kann in guter Näherung ein einzelner, gedachter gemeinsamer Strahl drehpunkt angenommen werden, der dann zwischen den akustoopti sehen Deflektoren angeordnet ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ablenkeinrichtung mindestens einen elektrooptischen Deflektor, vorzugsweise zwei nicht parallel, insbesondere senkrecht zueinander orientierte elektrooptische Deflektoren aufweist. Die Ablenkung elektrooptischer Deflektoren (EOD) basiert auf Brechung beim Durchgang eines optisch transparenten Materials. Mit einem oder zwei EODs können die zuvor genannten Ausführungsbeispiele mit akustoopti sehen Deflektoren modifiziert werden, indem jeweils einer oder zwei der akustoopti sehen Deflektoren durch ein EOD ersetzt werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Scannereinrichtung mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf aufweist. Die hier vorgeschlagenen Scannereinrichtungen sind in besonderer Weise geeignet, den Energiestrahl innerhalb des Arbeitsbereichs zwischen einer Mehrzahl von Bestrahlungspositionen zu verlagern.
Unter einem relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf wird hier insbesondere ein integriertes Bauteil der Fertigungseinrichtung verstanden, welches mindestens einen Strahlungsauslass für mindestens einen Energiestrahl aufweist, wobei das integrierte Bauteil, das heißt der Arbeitskopf, als Ganzes entlang zumindest einer Verlagerungsrichtung, vorzugsweise entlang zweier senkrecht aufeinander stehenden Verlagerungsrichtungen, relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbar ist. Ein solcher Arbeitskopf kann insbesondere in Portalbauweise ausgebildet sein, oder von einem Roboter geführt werden. Insbesondere kann der Arbeitskopf als Roboterhand eines Roboters ausgebildet sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strahlerzeugungseinrichtung als Laser ausgebildet ist. Der Energiestrahl wird somit vorteilhaft als intensiver Strahl kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fertigungseinrichtung eingerichtet ist zum selektiven Lasersintem. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungseinrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen. Diese Ausgestaltungen der Fertigungseinrichtung haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Verändern eines Strahlprofils eines Energiestrahls auf einem Arbeitsbereich einer Fertigungseinrichtung während des additiven Fertigens eines Bauteils aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, wobei der Energiestrahl innerhalb des Arbeitsbereichs an eine Mehrzahl von Bestrahlungspositionen verlagert wird, um mittels des Energiestrahls das Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Der Energiestrahl wird an wenigstens einer Bestrahlungsposition der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen innerhalb eines Strahlbereichs an eine Mehrzahl von Strahlpositionen verlagert. Das Strahlprofil wird verändert, indem die Verlagerung des Energiestrahls in dem Strahlbereich verändert wird. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Fertigungseinrichtung erläutert wurden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Strahlprofil, insbesondere die Form des Strahlbereichs, abhängig von einer momentanen Bestrahlungsposition innerhalb des herzustellenden Bauteils, insbesondere innerhalb einer selben Pulvermaterialschicht, verändert wird, wobei insbesondere an verschiedenen Bestrahlungspositionen verschiedene Strahlprofile erzeugt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Strahlprofil, insbesondere die Form des Strahlbereichs, abhängig von einer momentanen Bestrahlungsposition innerhalb des herzustellenden Bauteils, insbesondere innerhalb einer selben Pulvermaterialschicht, derart verändert wird, dass das auf dem Arbeitsbereich projizierte Strahlprofil einem vorgegebenen projizierten Strahlprofil entspricht. Im Zusammenhang mit diesem Verfahren ergeben sich die gleichen Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit der Fertigungseinrichtung erläutert wurde.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Verwendung von wenigstens einem akustoopti sehen Deflektor angegeben wird, wobei der akustooptische Deflektor zur Veränderung eines Strahlprofils eines Energiestrahls auf einem Arbeitsbereich eine Fertigungseinrichtung während des additiven Fertigens eines Bauteils aus einem Pulvermaterial, insbesondere innerhalb einer selben Pulvermaterialschicht, verwendet wird. In Zusammenhang mit der Verwendung des akustoopti sehen Deflektors ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Fertigungseinrichtung und dem Verfahren erläutert wurden.
In bevorzugter Ausgestaltung wird der akustooptische Deflektor verwendet in einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verändern eines Strahlprofils eines Energiestrahls oder in einer der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen eines solchen Verfahrens.
Bevorzugt wird der akustooptische Deflektor verwendet in einer erfindungsgemäßen Fertigungseinrichtung oder in einer Fertigungseinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele einer solchen Fertigungseinrichtung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei insbesondere nicht parallel zueinander orientierte, vorzugsweise senkrecht zueinander orientierte akustooptische Deflektoren verwendet werden, um das Strahlprofil des Energiestrahls zu verändern. Somit ist es in besonders einfacher und schneller Weise möglich, das Strahlprofil in zwei vorzugsweise nicht parallel zueinander orientierten, vorzugsweise insbesondere senkrecht zueinander orientierten Richtungen zu verändern. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Mehrzahl verschiedener Formen eines
Strahlbereichs, und
Figur 3 eine Skizze zur Erläuterung einer elektrooptischen Ablenkung bei der generativen
Fertigung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungseinrichtung 1, die eingerichtet ist zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial. Die Fertigungseinrichtung 1 weist eine Strahlerzeugungseinrichtung 3 auf, die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls 5. Außerdem weist die Fertigungseinrichtung 1 eine Scannereinrichtung 7 auf, die eingerichtet ist, um den Energiestrahl 5 innerhalb eines Arbeitsbereichs 9 an eine Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11 zu verlagern, um mittels des Energiestrahls 5 ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich 9 angeordneten Pulvermaterial herzustellen.
Die Fertigungseinrichtung 1 weist eine Ablenkeinrichtung 13 auf, die eingerichtet ist, um den Energiestrahl 5 an einer Bestrahlungsposition 11 der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11 innerhalb eines Strahlbereichs 15 an eine Mehrzahl von Strahlpositionen 17 zu verlagern.
Die Fertigungseinrichtung 1 weist eine Steuereinrichtung 19 auf, die mit der Ablenkeinrichtung 13 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Ablenkeinrichtung 13 anzusteuern, und um ein Strahlprofil des Strahlbereichs 15 während der Herstellung des Bauteils zu verändern, indem die Ansteuerung der Ablenkeinrichtung 13 verändert wird.
Auf diese Weise ist es in einfacher und äußerst flexibler Weise möglich, ein verwendetes Strahlprofil während der Herstellung des Bauteils, insbesondere während der Bearbeitung einer selben Pulvermaterialschicht, einfach und schnell vorzugeben und zu verändern, ohne dass es hierfür besonderer, insbesondere für das Erzeugen des Strahlprofils spezifischer Einrichtungen bedarf. Insbesondere ist es einfach und schnell möglich, zwischen verschiedenen Strahlprofilen zu wechseln. Die Ablenkeinrichtung 13 ist insbesondere eingerichtet, um den Energiestrahl 5 sprunghaft an die Mehrzahl von Strahlpositionen 17 zu verlagern, wobei es sich bei den Strahlpositionen 17 um diskrete Strahlpositionen 17 handelt.
Die Steuereinrichtung 19 ist insbesondere eingerichtet, um als Strahlprofil eine Form des Strahlbereichs 15 und/oder ein Intensitätsprofil in dem Strahlbereich 15 während der Herstellung des Bauteils zu verändern.
Die Steuereinrichtung 19 ist insbesondere eingerichtet, um das Strahlprofil, insbesondere die Form des Strahlbereichs 15, abhängig von einer momentanen Bestrahlungsposition 11 innerhalb des herzustellenden Bauteils vorzugeben. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung 19 eingerichtet, um an verschiedenen Bestrahlungspositionen 11 verschiedene Strahlprofile vorzugeben. Insbesondere kann dies innerhalb einer selben Pulvermaterialschicht durchgeführt werden, beispielsweise um verschiedene Bereiche der Pulvermaterialschicht, insbesondere einen Hüllbereich einerseits und einen inneren Bereich andererseits, mit verschiedenen Strahlprofilen zu beaufschlagen. Das Strahlprofil kann alternativ oder zusätzlich insbesondere abhängig davon gewählt werden, ob eine Kontur, ein Kern, ein Überhangbereich, ein Deckschichtbereich, oder ein Volumenbereich des entstehenden Bauteils bearbeitet wird.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung 19 eingerichtet, um die Form des Strahlbereichs 15 vorzugeben als eine Form, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer rotationssymmetrischen Form, insbesondere einer dreizählig-rotationssymmetrischen oder höherzählig-rotationssymmetrischen Form, einer Kreisform, einer Ringform, einer Torusform oder Donutform, einem Polygon, einem Rechteck, einer langgestreckten Form, vorzugsweise mit abgerundeten Ecken, einer Strichform, einer irregulären Form, und einer Punktform. Insbesondere ist die Steuereinrichtung 19 eingerichtet, um zwischen verschiedenen Formen des Strahlbereichs 15 zu wechseln oder umzuschalten.
Die Steuereinrichtung 19 ist insbesondere eingerichtet, um das Intensitätsprofil als gaußförmiges, nicht-gaußförmiges, konstantes, asymmetrisches oder verzerrtes Intensitätsprofil zu erzeugen.
Die Ablenkeinrichtung 13 ist insbesondere in Propagationsrichtung des Energiestrahls 5 vor der Scannereinrichtung 7 angeordnet. Die Ablenkeinrichtung 13 weist insbesondere mindestens einen akustoopti sehen Deflektor 21, hier insbesondere zwei nicht parallel, insbesondere senkrecht zueinander orientierte akustoopti sehe Deflektoren 21, nämlich einen ersten akustoopti sehen Deflektor 21.1 und einen zweiten akustoopti sehen Deflektor 21.2, auf. Die senkrecht zueinander orientierten akustoopti sehen Deflektoren 21 erlauben eine Ablenkung des Energiestrahls 5 in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen und damit insbesondere ein flächiges Abscannen des Strahlbereichs 15.
Die Fertigungseinrichtung 1 weist außerdem in Propagationsrichtung des Energiestrahls 5 hinter der Ablenkeinrichtung 13 und vor der Scannereinrichtung 7 einen Separationsspiegel 23 auf, der eingerichtet ist, um einen Teilstrahl nullter Ordnung von einem 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 vorgesehen ist und den Separationsspiegel 23 vollständig durchdringt. Der in erwünschterWeise 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 Teilstrahlen höherer Ordnung, treffen dagegen auf die reflektierende Oberfläche 27 und werden zu einer Strahlfalle 29 umgelenkt.
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. Hierdurch wird vorteilhaft eine Beaufschlagung der reflektierenden Oberfläche 27 mit einer zu hohen Leistungsdichte des Energiestrahls 5 vermieden.
Das Teleskop 33 weist bevorzugt eine erste Linse 35 und eine zweite Linse 37 auf. Es ist vorzugsweise als 1 : 1-Teleskop ausgebildet. Vorzugsweise weist das Teleskop 33 eine Brennweite von 500 mm auf.
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 bevorzugt einen gedachten, gemeinsamen Strahl drehpunkt 39 der Ablenkeinrichtung 13 vorteilhaft 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.
Um eine kompakte Anordnung der Fertigungseinrichtung 1 zu ermöglichen, wird der Energiestrahl 5 bevorzugt mehrfach durch Umlenkspiegel 43 umgelenkt.
Die Scannereinrichtung 7 weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere Galvanometer- Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner und/oder Arbeitskopf auf.
Die Strahlerzeugungseinrichtung 3 ist bevorzugt als Laser ausgebildet.
Die Fertigungseinrichtung 1 ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintem und/oder zum selektiven Laserschmelzen.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Verändern eines Strahlprofils eines Energiestrahls 5 auf einem Arbeitsbereich 9 eine Fertigungseinrichtung 1 während des additiven Fertigens eines Bauteils aus einem Pulvermaterial wird der Energiestrahl 5 bevorzugt innerhalb des Arbeitsbereichs 9 an eine Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11 verlagert, um mittels des Energiestrahls 5 das Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich 9 angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Der Energiestrahl 5 wird an wenigstens einer Bestrahlungsposition 11 der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen 11 innerhalb eines Strahlbereichs 15 an eine Mehrzahl von Strahlpositionen 17 verlagert. Das Strahlprofil wird verändert, indem die Verlagerung des Energiestrahls 5 in dem Strahlbereich 15 verändert wird.
Vorzugsweise wird das Strahlprofil, insbesondere die Form des Strahlbereichs 15, abhängig von einer momentanen Bestrahlungsposition 11 innerhalb des herzustellenden Bauteils, insbesondere innerhalb einer selben Pulvermaterialschicht, verändert, wobei insbesondere an verschiedenen Bestrahlungspositionen 11 verschiedene Strahlprofile erzeugt werden.
Im Rahmen einer Verwendung von wenigstens einem akustoopti sehen Deflektor 21 wird dieser zur Veränderung eines Strahlprofils eines Energiestrahls 5 auf einem Arbeitsbereich 9 einer Fertigungseinrichtung 1 während des additiven Fertigens eines Bauteils aus einem Pulvermaterial verwendet. Bevorzugt werden dabei zwei insbesondere nicht parallel, insbesondere senkrecht zueinander orientierte akustooptische Deflektoren 21.1, 21.2 verwendet.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von Formen des Strahlbereichs 15.
Dabei ist bei a) eine erste, kreisförmige Form 51 für den Strahlbereich 15 dargestellt.
Bei b) ist eine zweite, polygonale, hier insbesondere hexagonale Form 53 für den Strahlbereich 15 dargestellt.
Bei c) ist eine dritte, rechteckige Form 55 für den Strahlbereich 15 dargestellt.
Bei d) ist eine vierte, langgestreckte Form 57 für den Strahlbereich 15 mit abgerundeten Enden dargestellt.
Bei e) ist schließlich eine fünfte, ringförmige, torusförmige oder donutförmige Form 59 für den Strahlbereich 15 dargestellt.
Fig. 3 zeigt schematisch eine einstellbare Ablenkung des Energiestrahls 5 mit einem EOD 131, wobei das optisch transparente Material des EOD 131 im Brechungsindex oder in einem Brechungsindexgradienten 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 Ablenkwinkel 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. 3 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 Ablenkung des Energiestrahls 5 eingestellt werden. Hinsichtlich des am EOD vorliegenden Brechungsverhaltens wird ergänzend auf „Electro-optic and acousto-optic laser beam Scanners“; Römer G.R.B.E. et al., Physics Procedia 56 (2014) 29 - 39 verwiesen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Fertigungseinrichtung (1) zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial, mit einer Strahlerzeugungseinrichtung (3), die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls (5), einer Scannereinrichtung (7), die eingerichtet ist, um den Energiestrahl (5) innerhalb eines Arbeitsbereichs (9) an eine Mehrzahl von Bestrahlungspositionen (11) zu verlagern, um mittels des Energiestrahls (5) ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich (9) angeordneten Pulvermaterial herzustellen, einer Ablenkeinrichtung (13), die eingerichtet ist, um den Energiestrahl (5) an einer Bestrahlungsposition (11) der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen (11) innerhalb eines Strahlbereichs (15) an eine Mehrzahl von Strahlpositionen (17) zu verlagern, und mit einer Steuereinrichtung (19), die mit der Ablenkeinrichtung (13) wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Ablenkeinrichtung (13) anzusteuern, und um ein Strahlprofil des Strahlbereichs während der Herstellung eines Bauteils zu verändern, indem die Ansteuerung der Ablenkeinrichtung (13) verändert wird.
2. Fertigungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Ablenkeinrichtung (13) eingerichtet ist, um den Energiestrahl (5) sprunghaft an die Mehrzahl von diskreten Strahlpositionen (17) zu verlagern.
3. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (19) eingerichtet ist, um als Strahlprofil eine Form des Strahlbereichs (15) und/oder ein Intensitätsprofil in dem Strahlbereich (15) während der Herstellung des Bauteils zu verändern.
4. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (19) eingerichtet ist, um das Strahlprofil, insbesondere die Form des Strahlbereichs (15), abhängig von einer momentanen Bestrahlungsposition (11) innerhalb des herzustellenden Bauteils, insbesondere innerhalb einer selben Pulvermaterialschicht, vorzugeben, insbesondere um an verschiedenen Bestrahlungspositionen (11) verschiedene Strahlprofile vorzugeben.
5. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (19) eingerichtet ist, um die Form des Strahlbereichs (15) vorzugeben als eine Form, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: einer rotationssymmetrischen Form, insbesondere einer dreizählig-rotationssymmetrischen oder höherzählig-rotationssymmetrischen Form, einer Kreisform, einer Ringform, einer Torusform oder Donutform, einem Polygon, einem Rechteck, einer langestreckten Form, vorzugsweise mit abgerundeten Ecken, einer Strichform, einer irregulären Form, und einer Punktform.
6. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Steuereinrichtung (19) eingerichtet ist, um das Intensitätsprofil als gaußförmiges, nicht gaußförmiges, konstantes, asymmetrisches oder verzerrtes Intensitätsprofil zu erzeugen.
7. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Steuereinrichtung (19) eingerichtet ist, um das Strahlprofil, insbesondere die Form des Strahlbereichs (15), abhängig von einer momentanen Bestrahlungsposition (11) innerhalb des herzustellenden Bauteils, insbesondere innerhalb einer selben Pulvermaterialschicht, derart vorzugeben, dass das auf dem Arbeitsbereich (9) projizierte Strahlprofil einem vorgegebenen projizierten Strahlprofil entspricht.
8. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Ablenkeinrichtung (13) in Propagationsrichtung des Energiestrahls (5) vor der Scannereinrichtung (7) angeordnet ist.
9. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Ablenkeinrichtung (13) mindestens einen akustoopti sehen Deflektor (21), vorzugsweise zwei nicht parallel, insbesondere senkrecht zueinander orientierte akustoopti sehe Deflektoren (21), aufweist.
10. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ablenkeinrichtung (13) mindestens einen elektrooptischen Deflektor (21), vorzugsweise zwei nicht parallel, insbesondere senkrecht zueinander orientierte elektrooptische Deflektoren (21) aufweist.
11. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Scannereinrichtung (7) mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Pi ezo- Scanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich (9) verlagerbaren Arbeitskopf aufweist.
12. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Strahlerzeugungseinrichtung (3) als Laser ausgebildet ist.
13. Fertigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Fertigungseinrichtung (1) eingerichtet ist zum selektiven Lasersintem und/oder zum selektiven Laserschmelzen.
14. Verfahren zum Verändern eines Strahlprofils eines Energiestrahls (5) auf einem Arbeitsbereich (9) einer Fertigungseinrichtung (1) während des additiven Fertigens eines Bauteils aus einem Pulvermaterial, wobei der Energiestrahl (5) innerhalb des Arbeitsbereichs (9) an eine Mehrzahl von Bestrahlungspositionen (11) verlagert wird, um mittels des Energiestrahls (5) das Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich (9) angeordneten Pulvermaterial herzustellen, wobei der Energiestrahl (5) an wenigstens einer Bestrahlungsposition (11) der Mehrzahl von Bestrahlungspositionen (11) innerhalb eines Strahlbereichs (15) an eine Mehrzahl von Strahlpositionen (17) verlagert wird, und wobei das Strahlprofil verändert wird, indem die Verlagerung des Energiestrahls (5) in dem Strahlbereich (15) verändert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Strahlprofil, insbesondere die Form des Strahlbereichs (15), abhängig von einer momentan Bestrahlungsposition (11) innerhalb des herzustellenden Bauteils, insbesondere innerhalb einer selben Pulvermaterialschicht, verändert wird, wobei insbesondere an verschiedenen Bestrahlungspositionen (11) verschiedene Strahlprofile erzeugt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Strahlprofil, insbesondere die Form des Strahlbereichs (15), abhängig von einer momentanen Bestrahlungsposition (11) innerhalb des herzustellenden Bauteils, insbesondere innerhalb einer selben Pulvermaterialschicht, derart verändert wird, dass das auf dem Arbeitsbereich (9) projizierte Strahlprofil einem vorgegebenen projizierten Strahlprofil entspricht.
17. Verwendung von wenigstens einem akustoopti sehen Deflektor (21) zur Veränderung eines Strahlprofils eines Energiestrahls (5) auf einem Arbeitsbereich (9) einer Fertigungseinrichtung (1) während des additiven Fertigens eines Bauteils aus einem Pulvermaterial.
18. Verwendung nach Anspruch 17, wobei zwei nicht parallel, insbesondere senkrecht zueinander orientierte akustoopti sehe Deflektoren (21.1,21.2) verwendet werden.
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