EP4634811A1 - Verbesserte prozessparametrisierung eines additiven herstellungsverfahrens - Google Patents

Verbesserte prozessparametrisierung eines additiven herstellungsverfahrens

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Publication number
EP4634811A1
EP4634811A1 EP24710668.5A EP24710668A EP4634811A1 EP 4634811 A1 EP4634811 A1 EP 4634811A1 EP 24710668 A EP24710668 A EP 24710668A EP 4634811 A1 EP4634811 A1 EP 4634811A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
manufacturing
values
process parameter
segments
assigned
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24710668.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian KUNKEL
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.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4634811A1 publication Critical patent/EP4634811A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation

Definitions

  • the invention relates to an additive manufacturing process, a production plant, a computer program and a computer-readable medium.
  • a standard process For the purpose of manufacturing a product using an additive manufacturing process, a standard process has previously specified a set of process parameter values which is directly linked to geometric specifications from an associated digital model of the product to be manufactured, for example a CAD model of the product to be manufactured. Local adjustment of process parameters within a single specified digital model is therefore not provided for in the standard process. In order to nevertheless be able to specify local process parameters, manual intervention in the digital model mentioned has currently been necessary. Usually, a sub-area is first cut out of the digital model. A separate digital model is then created for this sub-area, which is intended to replace the cut out sub-area. This sub-area is then assigned its own set of process parameter values using the standard process. The product is then manufactured using a combination of the two combined digital models.
  • the object of the invention is to provide an improved manufacturing process for the purpose of additive manufacturing of a product.
  • the invention is based on the object of providing a production plant.
  • the invention is based on the objects of specifying a computer program and a computer-readable medium.
  • a digital model of the product is divided into layers to be produced one after the other. Furthermore, for the purpose of specifying locally different values of at least one process parameter, a separate segment level is each assigned to several of the layers mentioned. A respective associated layer is generated in accordance with these separate segment levels.
  • at least a first of the separate segment levels is assigned a value of the at least one process parameter that differs from at least one value of the at least one process parameter that is assigned to at least one further, second separate segment level.
  • the product is manufactured layer by layer according to the separate segment levels, whereby a layer belonging to the first segment level is produced at least by specifying the first value of the at least one process parameter assigned to it and a layer belonging to the second segment level is produced at least by specifying the second value of the at least one process parameter assigned to it.
  • Different values of the at least one process parameter can be specified for several segment levels. Moreover, different values can be specified for several process parameters.
  • Parameterization can thus be carried out without a direct dependency on the digital model of the product. Furthermore, this way it is possible to dispense with multiple to combine several submodels of the product to create a digital model.
  • the digital model of the product is exactly one digital model.
  • the digital model mentioned is a coherent digital model.
  • the invention makes it possible to assign individual parameter values to areas of any size as well as to areas with any geometry. In this way, a flexible and inexpensively changeable parameterization can be provided.
  • An advantageous development of the manufacturing process provides that the locally different values of at least one process parameter are determined on the basis of a result of a computer-implemented algorithm.
  • This computer-implemented algorithm can, for example, relate to a numerical simulation, a rule-based algorithm or machine learning, such as a reinforced learning algorithm, a supervised learning algorithm or an unsupervised learning algorithm.
  • the quality of an additively manufactured product can be improved on the basis of available measured values or on the basis of determined expected values.
  • the manufacturing process can therefore be easily and reliably adapted to individual needs. For example, specifications regarding desired physical, thermal, mechanical or optical properties of the product to be manufactured can be determined on the basis of a numerical simulation. This makes it possible to provide a cost- and time-efficient process.
  • a further advantageous development provides that the locally different values of at least one process parameter are determined on the basis of a result of a thermal process simulation.
  • areas can be identified in which the standard process results in a temperature that is too high or too low. temperature.
  • it can be prevented that either areas arise in which the starting material to be melted is unmelted, or areas arise in which properties are defective due to overheating.
  • subsequent manufacturing steps for the purpose of correcting production errors can be avoided.
  • an advantageous development provides that at least some of the mentioned segment levels are divided into segments. Each of these mentioned segments is assigned a value relating to at least one process parameter. In this way, the associated layer is then generated in accordance with the value assigned to a respective segment of the segment level.
  • Each of the layers mentioned can be assigned a standard parameterization. Based on this, locally different parameter values can then be specified with little effort. This makes it possible to carry out parameterization in an automated manner. For example, products made from different materials can be created in one manufacturing process. Furthermore, predeterminable functionally graded material properties can be generated in this way. For example, the density or strength of a material or its porosity can be selected differently locally. This creates a needs-based and flexible option for additively manufacturing a large number of different objects.
  • An advantageous embodiment provides that at least some of the aforementioned segment planes are divided into segments with a triangular, a square, a rectangular, a round, an elliptical, an oval or a polygonal outer contour. Depending on the outer contour of an individually predeterminable area, process parameters can thus be specified in a systematic manner.
  • a further advantageous embodiment provides that at least some of the segment levels mentioned are divided into segments arranged along rows. Alternatively or additionally, it can be provided that at least some of the segment levels mentioned are divided into segments arranged along columns. For example, a grid structure can be created in this way for the purpose of specifying individual process parameter values. This makes it possible to link values of at least one process parameter with a flexibly designed size of the segments mentioned.
  • a roughly divided grid structure can be provided in which the same value of the at least one process parameter is assigned to larger segments.
  • using a more finely divided grid structure locally different values of at least one process parameter can be specified for different smaller segments.
  • the same value of the at least one process parameter is assigned to a large number of segments. This makes it possible to provide a simple and reliable system by means of which a simple assignment of process parameter values to specified segments can be implemented.
  • values of at least one process parameter are assigned in a table to the segments of at least one segment level.
  • a standard parameterization of segments of the segment level can be retained without additional effort.
  • the values of a process parameter specified in accordance with the standard parameterization can be assigned to the segments resulting from a subdivision.
  • This enables the values of the at least one process parameter to be inherited.
  • a segment level can be subdivided as finely as desired, whereby a spatial resolution can be adapted as needed for the purpose of assigning locally different values of the at least one process parameter.
  • the only adaptation effort consists in selecting a division of the segments as needed and then providing locally different values of the at least one process parameter in the predetermined areas. In this way, values of at least one process parameter that deviate from a standard parameterization can be assigned locally to segments of any shape in a simple and cost-effective manner.
  • Another advantageous embodiment provides that at least some of the segments mentioned are assigned a value relating to at least one process parameter based on the result of a numerical simulation.
  • Production errors or mechanical weak points caused by the production process can thus be easily prevented.
  • problematic mechanical stresses that arise during the additive manufacturing process can be identified using a numerical simulation. These stresses can be prevented by appropriate local adjustment of process parameter values.
  • At least a part of said segments is assigned a value relating to at least one process parameter based on a result of a thermal process simulation.
  • the results of a thermal process simulation can thus be easily and inexpensively taken into account in the additive manufacturing process.
  • the quality of the product can be increased in this way.
  • further post-treatment steps, such as subsequent tempering of the product can be avoided.
  • the digital model of the product to be manufactured is divided into successive layers of different thicknesses. Layers lying on top of one another, which have the same geometry but are produced individually due to the specifications of the standard process, can be combined to produce a common layer. It is also conceivable that a layer with a complex geometry can be divided more finely into several layers. This can improve the time efficiency of the process. Furthermore, products can be manufactured in this way which meet high requirements for manufacturing tolerances.
  • the layers of the product to be produced in succession are produced by means of a powder bed-based melting of a metal or a polymer using a laser beam.
  • the layers of the product to be produced in succession are produced by means of a powder bed-based melting of a metal or a polymer using an electron beam.
  • the layers to be produced in succession are produced by means of selective laser sintering or by means of material application with directed energy input or by means of extrusion or by means of a binding agent or by means of drops.
  • Producing the layers by means of material application with directed energy input is also known under the term "direct energy deposition".
  • the material application can be achieved, for example, by means of laser radiation or an electric arc.
  • An advantageous embodiment provides that, for the purpose of producing a layer of the product, a thermal energy input required for different areas of this layer is determined. For example, this can be achieved using the aforementioned thermal process simulation. Suitable resolutions of the segment level are then generated on the basis of the energy input determined for the various areas mentioned. Furthermore, locally different values of at least one process parameter can then be specified. This makes it possible to specify an energy input in the considered area of the layer to be produced, taking into account an energy input in an adjacent area of the layer to be produced. If, for example, a very high thermal energy input takes place in a first area of the layer, this thermal energy can affect neighboring areas. Neighboring areas can then be exposed to a lower thermal energy. It can also happen that thermal energy which has been introduced into a predetermined area of the layer is diverted into neighboring, cooler areas. In this way, an insufficient thermal energy input into the area under consideration can be avoided.
  • information relating to an optical process emission is recorded.
  • the information is expediently recorded by means of at least one optical sensor.
  • the optical sensor can be a high-speed These sensors can be a density camera, a photodiode, a bolometer or a pyrometer. These sensors can be aligned on-axis or off-axis.
  • a locally deviating value of at least one process parameter is assigned to a segment of the segment plane.
  • the manufacturing process can be monitored in this way with regard to deviations between the locally specified values of at least one process parameter and an actually applied value of this at least one process parameter. In addition, such deviations can be localized quickly and reliably.
  • an expected value relating to the process emission can be determined on the basis of a value of the at least one process parameter. Based on this expected value, deviations can be reliably determined by monitoring the optical process emission. This makes it possible to provide corrective measures in order to be able to carry out an in-situ process correction immediately, for example.
  • the corrective measure can be determined on the basis of defined analytical specifications or on the basis of results from computer-implemented algorithms of the type already described.
  • Another advantageous development provides that locally different values of an emission energy, an intensity, a focusing, a laser assignment, a process speed, a dwell time, a point distance and/or a hedge distance are specified as locally different values of a process parameter. In this way, a particularly flexible, adaptable manufacturing process can be provided.
  • a process path, a process sequence and/or an exposure sequence for the purpose of producing one of the above-mentioned layers of the product to be produced successively is selected on the basis of the locally specified values of the at least one process parameter.
  • the areas of the layer to which the same values of the at least one process parameter are assigned by means of the segment level are created in immediate succession. Further areas to which the same values of the at least one process parameter are assigned can then be created.
  • the locally predetermined values are determined on the basis of a result from a computer-implemented algorithm of the type described above and assigned to the relevant segments of the segment level.
  • an advantageous development of the invention provides that an energy source is selected for the purpose of producing a layer to be produced on the basis of the locally predetermined values of the at least one process parameter. If several energy sources are provided, they can be operated in parallel. The production process can be accelerated in this way. Furthermore, energy sources of different types can be used in order to be able to realize values of the at least one process parameter that differ greatly from one another in individual applications.
  • the additive manufacturing process can, for example, be one of the following processes: Powder Bed Fusion - Laser Beam Metal (PBF-LB/M); Powder Bed Fusion - Laser Beam Polymer (PBF-LB/P); Powder Bed Fusion - Electronic Beam (PBF-EBM); Direct Energy Deposition - Laser Beam (DED-LB); Direct Energy Deposition - Arc (DED-Arc).
  • PPF-LB/M Powder Bed Fusion - Laser Beam Metal
  • PPF-LB/P Powder Bed Fusion - Laser Beam Polymer
  • PPF-EBM Powder Bed Fusion - Electronic Beam
  • DED-LB Direct Energy Deposition - Laser Beam
  • DED-Arc Direct Energy Deposition - Arc
  • the manufacturing process according to the invention can be carried out by means of the production plant according to the invention.
  • the production plant is set up to carry out the manufacturing process.
  • the production plant is a printer which is set up to carry out the additive manufacturing process according to the invention. It is particularly preferred to use the production plant on the basis of a digital model of a product this product is manufactured. In this way, products can be manufactured which have a particularly high quality.
  • the invention provides a computer program which, when executed, causes the production plant according to the invention to carry out the additive manufacturing process according to the invention.
  • a computer-readable medium which has instructions. Also on the basis of these instructions, the production plant according to the invention is caused to carry out the additive manufacturing method according to the invention.
  • the aforementioned computer-readable medium may, for example, be a CD-ROM, a DVD, a USB or flash memory or a non-physical medium such as a data stream and/or a data carrier signal.
  • FIG 1 is a schematic illustration of the method according to the invention.
  • FIG 2 shows an embodiment of the production plant according to the invention, by means of which the method according to the invention can be carried out, in a schematic representation and a further illustration of the example of the method according to the invention;
  • FIG 3 shows a plan view of a layer to be produced and a segment plane assigned to this layer, which is divided into a predeterminable number of segments, in a schematic representation
  • FIG 4 shows a further schematic plan view of a layer to be produced and a segment plane assigned to this layer, which has a finer division than the segment plane shown in FIG 3.
  • FIG 1 illustrates an example of an additive manufacturing process 100 in a schematic representation.
  • the manufacturing method 100 provides that a digital model of a product 10 is divided 102 into layers 12 to be produced successively. Such a division 102 of a product 10 to be produced into layers 12 to be produced successively is already known to the person skilled in the art.
  • the processing method 100 provides that a separate segment level 14 is assigned 106 to several of the layers 12 mentioned for the purpose of specifying 104 locally different values of at least one process parameter. A respective associated layer 12 is then generated 108 in accordance with a segment level 14.
  • the example of the additive manufacturing method 100 described in connection with FIG. 1 provides that the layers 12 of the product 10 to be produced successively are produced by means of a powder bed-based melting of a metal or a polymer using a laser beam 108.
  • the layers 12 are produced in a different manner known to the person skilled in the art 108.
  • the layers 12 are produced by means of selective laser sintering or by means of material application with directed energy input 108.
  • the layers 12 are produced by means of extrusion technology, by means of powder binder processes, by means of stereolithography or by means of polymer jetting 108.
  • an electron beam is used.
  • the manufacturing method 100 is described in more detail below by way of example based on an emission energy as a process parameter.
  • an emission energy as a process parameter.
  • a process speed, a residence time, a point distance, a focus diameter, an intensity, an extrusion speed, a material throughput and/or a hedge distance or other process parameters known to the person skilled in the art for the purpose of additive layer production are specified as process parameters 104.
  • the following description of the additive manufacturing method 100 is limited to the emission energy as a process parameter.
  • the locally different values of the emission energy are determined in connection with the example of the additive manufacturing process 100 described here on the basis of a result nis of a numerical simulation 110 .
  • locally different values of the emission energy of a laser are determined 110 on the basis of a result of a thermal process simulation.
  • a numerical simulation relates to mechanical properties of the product 10 caused by the additive manufacturing process 100, such as mechanical stresses.
  • each of the layers 12 mentioned is assigned standard values relating to the emission energy as process parameters in a conventional manner 106 according to a standard parameterization.
  • temperature differences in different areas of the product 10 caused by a standard parameterization of the manufacturing method 100 can be determined 110.
  • the additive manufacturing method 100 described here provides for values of the emission energy that deviate from the standard values to be specified 104.
  • each of the mentioned segments 16 is then assigned 106 a value of the emission energy of the laser, according to which the associated layer 12 is produced 108.
  • these 106 values assigned to the segments 16 are initially based on values according to a standard parameterization.
  • Values relating to the emission energy are then determined 110 on the basis of the results of the thermal process simulation.
  • a required thermal energy input is determined for different areas of a layer 12 of the product 10 to be produced. telt 110 .
  • the values for the emission energy that differ locally from the standard parameterization are then specified 104 and, in the case of a relevant deviation, assigned 106 to an associated segment 16.
  • each layer 12 or selected layers 12 can be individually assigned 106 a separate segment level 14, according to which a respective associated layer 12 is generated 108.
  • This avoids having to break down the digital model of the product 10 into several digital models, each of which must be assigned its own set of parameter values.
  • a result of the thermal process simulation can be taken into account directly for the purpose of generating 108 the layers 12 and thus the product 10.
  • the example of the additive manufacturing method 100 described in connection with FIG. 1 provides that a process path of a laser beam for the purpose of producing 108 the layer 12 of the product 10 is determined 114 on the basis of the values of the emission energy of the laser specified locally by means of the segment planes 14. If segments 16 are located directly adjacent to one another, each of which is assigned the same values of the emission energy 106, the process path is selected such that these segments 16 are successively exposed to the emission energy. In this way, a frequent change in the emission energy of a laser can be prevented and a time-efficient manufacturing method 100 can be provided.
  • the example of the method 100 described here provides that information relating to an optical process emission is recorded 116.
  • the optical process emission in this case is, for example, a process light which is emitted due to an incident emission. on energy of the laser emanates from the layer 12 to be produced.
  • the example of the method 100 provides that, on the basis of the locally predetermined 104 values of the emission energy of the laser, at least some of the several lasers are operated in parallel for the purpose of creating 108 the layer 12. Regions of the layer 12 to be produced, to which these same values of emission energy of the laser are assigned 106, can thus be created with the same laser 108. In this way, energy sources of different types can be used in order to be able to realize values of the at least one process parameter that differ greatly from one another in the individual application.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a production plant 18 in a schematic representation.
  • the production plant 18 is set up in the present case to carry out the example of the additive manufacturing method 100 described in connection with FIG. 1.
  • this is a production plant 18 in which the product 10 is produced by means of a powder bed-based melting of a metal or a polymer with the aid of a laser beam 108.
  • FIG. 2 also illustrates by way of example the additive manufacturing method 100 described in connection with FIG. 1.
  • FIG 2 illustrates by way of example that the digital model underlying the product 10 is divided 102 into successively produced layers 12 of different thicknesses. Alternatively, it is conceivable that the successive layers 12 have the same thickness in a manner not shown in detail.
  • the product 10 shown by way of example in FIG 2 already has 108 layers 12 produced in accordance with this digital model. Furthermore, in the present case Each of the layers 12 mentioned is assigned a separate segment level 14, for example. The production 108 of the layers 12 mentioned of the product 10 takes place in accordance with a segment level 14 individually assigned 106 to the respective layer 12.
  • the aforementioned process light is recorded 116 in the present case.
  • the production system 18 has, for example, an optical sensor 20.
  • This sensor 20 can be, for example, a high-speed camera, a photodiode, a bolometer or a pyrometer.
  • the method 100 is monitored with regard to deviations of an applied emission energy from the locally predetermined 104 values of the emission energy of the laser.
  • a value relating to an expected process light is first determined on the basis of the predetermined 104 value of the emission energy.
  • deviations can be quickly determined and localized.
  • an in-situ corrective measure is carried out 118 in the present case. This corrective action can be determined using specified analytical criteria or based on results from a computer-implemented algorithm.
  • FIG 3 shows a plan view of an embodiment of a segment plane 14 already described in connection with FIG 1 or FIG 2 as well as a layer 12 to which this segment plane 14 is assigned 106.
  • the embodiment of the segment plane 14 is divided into a plurality of segments 16 112 .
  • These segments 16 have, for example, a square outer contour, which are arranged next to one another in rows and columns.
  • Each of the segments 16 is assigned a value relating to an emission energy 106 , according to which the associated Layer 12 is produced 108 .
  • segments 16 are provided which are arranged outside a geometry of the layer 12 to be produced. In this way, areas outside the layer 12 to be produced can be preheated, for example.
  • the segment plane 14 can be congruent with the geometry of the layer 12 to be produced.
  • the values of the emission energy are determined 110 , for example, on the basis of a result of a thermal process simulation. It is conceivable that values of the emission energy are initially specified 104 according to a known standard parameterization method. In the example of the production method 100 described here, these values are then assigned 106 to each segment 16 in a table for the purpose of a cost-effective assignment 106 . According to the results of the thermal process simulation, values of the emission energy which deviate locally from standard values can then be determined. These locally differing values are then assigned 106 to correspondingly selected segments 16 in the manner described by way of example in connection with FIG. 1. In this case, associated entries of the aforementioned tabular assignment 106 can be changed in a simple manner. Other entries, however, can be kept unchanged and inherited by further segment levels 14. This makes it possible to provide a simple system for specifying 104 locally different values with precise positioning for predetermined process parameters, such as values of the emission energy in the present case.
  • segment plane 14 or parts thereof are divided 112 into segments 16 which have a triangular, a rectangular, a round, an elliptical, an oval or a polygonal outer contour.
  • segments 16 are arranged in rows and columns. Further parts can either be in rows, columns or any other arrangement you choose.
  • a subdivision 112 of the segment level 14 can be adapted in a simple manner. With the aid of the aforementioned tabular assignment 106 of the values of the emission energy, this can be implemented without any noticeable additional effort.
  • the segment level 14 can be subdivided 112 more finely than the subdivision 112 shown in connection with FIG. 3.
  • Such a finer subdivision 112 of the segment level 14 is shown as an example in FIG. 4.
  • the segments 16 shown in FIG. 3 are quartered as an example.
  • the emission energy values assigned to a segment 16 before the further subdivision 112 are assigned 106 to the four resulting segments 16. In this way, the values mentioned can be easily inherited.
  • a value of the emission energy that is different from the inherited values of the emission energy can be specified and assigned 104, 106 to the now more finely divided 112 segments 16 by means of the tabular assignment 106.
  • the values of the emission energy specified by means of inheritance to the surrounding segments 16 remain unchanged. In this way, a different value can be assigned 106 to only the segment 16, which corresponds to the area in question.
  • the segment level 14 can therefore be subdivided 112 as finely as desired so that a need-based te spatial resolution of the segment level 14 for the purpose of an assignment 106 of locally different values of the emission energy.
  • an adaptation effort can therefore be minimized.
  • the entire segment plane 14 is divided evenly 112, for example.
  • different parts of the segment plane 14 are divided into different fine divisions 112.
  • a combination of segments 16 can be provided, to which the same values of the emission energy are assigned 106.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren (100). Bei diesem additiven Herstellungsverfahren (100) wird ein digitales Modell eines Erzeugnisses (10) in aufeinanderfolgend herzustellende Schichten (12) aufgeteilt (102). Mehreren dieser Schichten (12) wird zum Zwecke einer Vorgabe (104) von lokal unterschiedlichen Werten wenigstens eines Prozessparameters jeweils eine separate Segmentebene (14) zugeordnet (106), nach Maßgabe derer die zugehörige Schicht (12) erzeugt wird (108).

Description

Beschreibung
Verbesserte Prozessparametrisierung eines additiven Herstellungsverfahrens
Die Erfindung betri f ft ein additives Herstellungsverfahren, eine Produktionsanlage , ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares Medium .
Zum Zwecke einer Herstellung eines Erzeugnisses mittels eines additiven Herstellungsverfahrens werden bisher in einem Standardverfahren ein Satz an Prozessparameterwerten vorgegeben, welcher mit geometrischen Vorgaben aus einem zugehörigen digitalen Modell des herzustellenden Erzeugnisses , beispielsweise eines CAD-Modells des herzustellenden Erzeugnisses , unmittelbar verknüpft ist . Eine lokale Anpassung von Prozessparametern innerhalb eines einzigen vorgegebenen digitalen Modells ist daher mit dem Standardverfahren nicht vorgesehen . Um dennoch eine Vorgabe von lokalen Prozessparametern realisieren zu können, ist bislang ein manueller Eingri f f in das genannte digitale Modell erforderlich . Üblicherweise wird dabei zunächst ein Teilbereich aus dem digitalen Modell ausgeschnitten . Für diesen Teilbereich wird sodann ein eigenes digitales Modell erstellt , welches den ausgeschnittenen Teilbereich ersetzen soll . Diesem Teilbereich wird sodann mittels des Standardverfahrens ein eigener Satz an Prozessparameterwerten zugeordnet . Die Herstellung des Erzeugnisses erfolgt daraufhin mittels einer Kombination der beiden miteinander kombinierten digitalen Modelle .
Aus diesem Grund ist es bislang lediglich mittels des vorbeschriebenen manuellen Eingri f fs in das Standardverfahren möglich, Ergebnisse aus numerischen Simulationen mit ausreichender Genauigkeit zu berücksichtigen . Betrachtet man beispielsweise Ergebnisse einer thermischen Prozesssimulation vor dem Hintergrund eines additiven Schmel zverfahrens , so können Bereiche mit zu geringer Prozesstemperatur oder zu hoher Prozesstemperatur identi fi ziert werden . Diese Bereiche sind zu- meist j edoch lokal begrenzt und beliebig innerhalb des Erzeugnisses verteilt . Um dies verhindern zu können, wären lokal entsprechend angepasste Prozessparameterwerte , wie beispielsweise eine Emissionsenergie eines Lasers oder Elektronenstrahls , erforderlich, welche gegenüber den Standardvorgaben erhöht oder reduziert sind . Eine solche Anpassung der Prozessparameterwerte geht j edoch mit einem nicht handhabbaren Zeit- und Kostenaufwand einher . Daher wird üblicherweise allenfalls größeren zusammenhängenden Bereichen ein eigener Satz an Prozessparameterwerten zugeordnet . Des Weiteren wird bisher alternativ oder zusätzlich zum Zwecke einer Wärmeabfuhr eine Stützstruktur derart gebildet , dass in kritischen Bereichen eine verbesserte Wärmeableitung gebildet ist . Um hieraus resultierende Produktions fehler, wie Eigenspannungen oder porösen Bereichen, entgegen zu wirken, sind nachgelagerte Herstellungsschritte , wie beispielsweise eine Wärmebehandlung oder isostatische Pressverfahren vorgesehen .
Aufgabe der Erfindung ist es , ein verbessertes Herstellungsverfahren zum Zwecke einer additiven Herstellung eines Erzeugnisses bereitzustellen .
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein additives Herstellungsverfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 1 .
Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde , eine Produktionsanlage bereitzustellen .
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Produktionsanlage mit den Merkmalen des gegenständlichen Nebenanspruchs .
Ferner liegen der Erfindung die Aufgaben zugrunde , ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares Medium anzugeben .
Diese Aufgaben werden gelöst mittels eines Computerprogramms gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Computerprogramman- spruchs sowie mit einem computerlesbaren Medium gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15 .
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind j eweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche .
Bei dem erfindungsgemäßen additiven Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses ist vorgesehen, dass ein digitales Modell des Erzeugnisses in aufeinanderfolgend herzustellende Schichten aufgeteilt wird . Des Weiteren wird zum Zwecke einer Vorgabe von lokal unterschiedlichen Werten wenigstens eines Prozessparameters mehreren der genannten Schichten j eweils eine separate Segmentebene zugeordnet . Nach Maßgabe dieser separaten Segmentebenen wird eine j eweils zugehörige Schicht erzeugt . Insbesondere wird zur Herstellung des Erzeugnisses wenigstens einer ersten der separaten Segmentebenen ein Wert des wenigstens einen Prozessparameters zugeordnet , der sich von wenigstens einem Wert des wenigstens einen Prozessparameters unterscheidet , der zumindest einer weiteren, zweiten separaten Segmentebene zugeordnet ist . Es könnte von einem ersten und einem vom ersten verschiedenen zweiten Wert des wenigstens einen Prozessparameters der wenigstens zwei Segmentebenen gesprochen werden . Das Erzeugnis wird nach Maßgabe der separaten Segmentebenen schichtweise hergestellt , wobei eine zur ersten Segmentebene zugehörige Schicht zumindest unter Vorgabe des ihr zugeordneten ersten Werts des wenigstens einen Prozessparameters erzeugt wird und eine zur zweiten Segmentebene zugehörige Schicht zumindest unter Vorgabe des ihr zugeordneten zweiten Werts des wenigstens einen Prozessparameters erzeugt wird . Es können zu mehreren Segmentebenen verschiedene Werte des wenigstens einen Prozessparameters vorgegeben werden . Überdies können verschiedene Werte zu mehreren Prozessparametern vorgegeben werden .
Eine Parametrisierung kann so ohne eine unmittelbare Abhängigkeit zum digitalen Modell des Erzeugnisses erfolgen . Des Weiteren kann auf diese Weise darauf verzichtet werden, meh- rere Teilmodelle des Erzeugnisses zu einem herzustellenden digitalen Modell zusammenzufügen . Vorzugsweise handelt es sich daher bei dem digitalen Modell des Erzeugnisses um genau ein digitales Modell . Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem genannten digitalen Modell um ein zusammenhängendes digitales Modell . Ferner ermöglicht die Erfindung, sowohl beliebig kleinen Bereichen als auch Bereichen mit beliebiger Geometrie j eweils eigene Parameterwerte zuzuordnen . So kann eine flexibel und aufwandsgünstig veränderbare Parametrisierung bereitgestellt werden .
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Herstellungsverfahrens sieht vor, dass die lokal unterschiedlichen Werte wenigstens eines Prozessparameters auf Basis eines Ergebnisses eines computerimplementierten Algorithmus ermittelt werden . Dieser computerimplementierte Algorithmus kann beispielsweise eine numerische Simulation, einen regelbasierten Algorithmus oder maschinelles Lernen, wie beispielsweise einen reinforced- learning Algorithmus , einen supervised-learning Algorithmus oder einen unsupervised-learning Algorithmus , betref fen . Mittels des computerimplementierten Algorithmus kann auf Basis von zur Verfügung stehender Messwerte oder ausgehend von ermittelten Erwartungswerten eine Qualität eines additiv hergestellten Erzeugnisses verbessert werden . Das Herstellungsverfahren kann dadurch einfach und zuverlässig an individuelle Bedürfnisse angepasst werden . Beispielsweise können anhand einer numerischen Simulation Vorgaben betref fend gewünschter physikalischer, thermischer, mechanischer oder optischer Eigenschaften des herzustellenden Erzeugnisses ermittelt werden . Damit kann ein kosten- und zeitef fi zientes Verfahren bereitgestellt werden .
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die lokal unterschiedlichen Werte wenigstens eines Prozessparameters auf Basis eines Ergebnisses einer thermischen Prozesssimulation ermittelt werden . Mithil fe der thermischen Prozesssimulation können Bereiche identi fi ziert werden, bei welchen im Standardverfahren eine zu hohe oder eine zu niedrige Tem- peratur vorliegen . So kann verhindert werden, dass im Falle eines additiven Schmel zverfahrens entweder Bereiche entstehen, bei welchen ein zu schmel zendes Ausgangsmaterial ungeschmol zen vorliegt , oder dass solche Bereiche entstehen, bei welchen aufgrund einer Überhitzung mangelhafte Eigenschaften vorliegen . Zudem können auf diese Weise nachträgliche Herstellungsschritte zum Zwecke einer Korrektur von Produktionsfehlern vermieden werden .
Ferner sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, dass wenigstens ein Teil der genannten Segmentebenen in Segmente unterteilt wird . Jedem dieser genannten Segmente wird ein Wert betref fend wenigstens einen Prozessparameter zugeordnet . Auf diese Weise wird sodann nach Maßgabe des einem j eweiligen Segment der Segmentebene zugeordneten Werts die zugehörige Schicht erzeugt .
Jeder der genannten Schichten kann eine Standardparametrisierung zugeordnet werden . Ausgehend davon können sodann aufwandsgünstig lokal abweichende Parameterwerte vorgegeben werden . Dies ermöglicht es , auf einfache Weise automatisiert eine Parametrisierung vorzunehmen . Beispielsweise können dadurch Erzeugnisse aus verschiedenen Materialien in einem Herstellungsvorgang erstellt werden . Des Weiteren können auf diese Weise vorgebbare funktional-gradierte Materialeigenschaften erzeugt werden . Beispielsweise kann eine Dichte oder eine Festigkeit eines Material oder dessen Porosität lokal unterschiedlich gewählt werden . Damit kann eine bedarfsgerechte und flexible Möglichkeit geschaf fen werden, eine Vielzahl an verschiedenen Gegenständen additiv herzustellen .
Eine vorteilhafte Aus führungsvariante sieht vor, dass wenigstens ein Teil der genannten Segmentebenen in Segmente mit einer dreieckigen, einer quadratischen, einer rechteckigen, einer runden, einer elliptischen, einer ovalen oder einer polygonalen Außenkontur unterteilt wird . Je nach einer Außenkontur eines individuell vorgebbaren Bereichs können so Prozessparameter auf eine systematische Weise vorgegeben werden . Eine weitere vorteilhafte Aus führungsvariante sieht vor, dass wenigstens ein Teil der genannten Segmentebenen in entlang von Zeilen angeordnete Segmente unterteilt wird . Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil der genannten Segmentebenen in entlang von Spalten angeordnete Segmente unterteilt wird . Beispielsweise kann auf diese Weise eine Gitterstruktur zum Zwecke einer Vorgabe individueller Prozessparameterwerte erstellt werden . Dies ermöglicht es , Werte wenigstens eines Prozessparameters mit einer flexibel gestaltbaren Größe der genannten Segmente zu verknüpfen . So kann beispielsweise eine grob unterteilte Gitterstruktur vorgesehen werden, bei welcher größeren Segmenten j eweils derselbe Wert des wenigstens einen Prozessparameters zugeordnet wird . Anhand einer feiner unterteilten Gitterstruktur können dahingegen für verschiedene kleinere Segmente lokal unterschiedliche Werte wenigstens eines Prozessparameters vorgegeben werden . Dabei ist im Falle einer fein unterteilten Gitterstruktur weiterhin denkbar, dass einer Viel zahl an Segmenten derselbe Wert des wenigstens einen Prozessparameters zugeordnet wird . Damit kann eine einfache und zuverlässige Systematik bereitgestellt werden, mittels welcher eine einfache Zuordnung von Prozessparameterwerten zu vorgegebenen Segmenten realisierbar ist .
In einer vorteilhaften Aus führungs form ist vorgesehen, dass Werte wenigstens eines Prozessparameters tabellarisch den Segmenten wenigstens einer Segmentebenen zugeordnet werden . Dies ermöglicht es , ausgehend von einer Standardparametrisierung, bei welcher vorbestimmte Werte wenigstens eines Prozessparameters mit einer Geometrie eines herzustellenden Erzeugnisses verknüpft sind nun Segmenten der Segmentebene vorbestimmter Größe zuzuordnen und auf diese Weise lokal abweichende Werte wenigstens eines Prozessparameters vorzugeben . Soll beispielsweise einem Segment ein lokal abweichender Parameterwert vorgegeben werden, welcher j edoch nur einen Teilbereich des genannten Segments betri f ft , so kann eine feinere Unterteilung einzelner Segmente oder der Segmentebene gewählt werden . Auf diese Weise kann einem vorbestimmten und frei wählbaren Teilbereich der Segmentebene bedarfsgerecht ein lokal von der Standardparametrisierung abweichender Wert vorgegeben werden . Im Übrigen kann trotz der feineren Unterteilung mittels der genannten tabellarischen Verknüpfung eine Standardparametrisierung von Segmenten der Segmentebene ohne einen Mehraufwand beibehalten werden . Insbesondere können die gemäß der Standardparametrisierung vorgegebenen Werte eines Prozessparameters den aus einer Unterteilung resultierenden Segmenten zugeordnet werden . Dies ermöglicht eine Vererbung der Werte des wenigstens einen Prozessparameters . Dadurch kann eine Segmentebene beliebig fein unterteilt werden, wodurch ein räumliches Auflösungsvermögen zum Zwecke einer Zuordnung von lokal unterschiedlichen Werten des wenigstens einen Prozessparameters bedarfsgerecht anpassbar ist . Dabei besteht ein Anpassungsaufwand lediglich darin, eine Aufteilung der Segmente bedarfsgerecht zu wählen und sodann lokal abweichende Werte des wenigstens einen Prozessparameters an den vorbestimmten Bereichen vorzusehen . So kann beliebig geformten Segmenten einfach und aufwandsgünstig lokal von einer Standardparametrisierung abweichende Werte des wenigstens einen Prozessparameters zugeordnet werden .
Eine andere vorteilhafte Aus führungsvariante sieht vor, dass wenigstens einem Teil der genannten Segmente auf Basis eines Ergebnisses einer numerischen Simulation ein Wert betref fend wenigstens einen Prozessparameter zugeordnet wird . Produktions fehler oder mechanische Schwachstellen, welche durch den Produktionsprozess bedingt sind, können so einfach verhindert werden . Beispielsweise können problematische mechanische Spannungen mittels einer numerischen Simulation identi fi ziert werden, welche während des additiven Herstellungsverfahrens entstehen . Unter geeigneter lokaler Anpassung von Prozessparameterwerten können diese Spannungen verhindert werden .
Vorzugsweise wird wenigstes einem Teil der genannten Segmente auf Basis eines Ergebnisses einer thermischen Prozesssimulation ein Wert betref fend wenigstens einen Prozessparameter zugeordnet . Ergebnisse einer thermischen Prozesssimulation können so einfach und aufwandsgünstig im Rahmen des additiven Herstellungsverfahrens berücksichtigt werden . Eine Qualität des Erzeugnisses kann auf diese Weise gesteigert werden . Zudem können so weitere Nachbehandlungsschritte , wie beispielsweise eine nachträgliche Temperierung des Erzeugnisses , vermieden werden .
Ferner sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, dass das digitale Modell des herzustellenden Erzeugnisses in aufeinanderfolgend herzustellende Schichten unterschiedlicher Dicke aufgeteilt wird . Übereinanderliegende Schichten, welche zwar dieselbe Geometrie aufweisen, j edoch aufgrund der Vorgaben des Standardverfahrens einzeln erzeugt werden, können zusammengefasst als eine gemeinsame Schicht erzeugt werden . Zudem ist denkbar, dass eine Schicht , die eine komplexe Geometrie aufweist , feiner in mehrere Schichten aufgeteilt wird . So kann eine Zeitef fi zienz des Verfahrens verbessert werden . Des Weiteren können so Erzeugnisse hergestellt werden, welche hohen Anforderungen an Fertigungstoleranzen erfüllen .
Zudem sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, dass die aufeinanderfolgend herzustellenden Schichten des Erzeugnisses mittels eines pulverbettbasierten Schmel zens eines Metalls oder eines Polymers mithil fe eines Laserstrahls erzeugt werden . Alternativ ist denkbar, dass die aufeinanderfolgend herzustellenden Schichten des Erzeugnisses mittels eines pulverbettbasierten Schmel zens eines Metalls oder eines Polymers mithil fe eines Elektronenstrahls erzeugt werden . Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die aufeinanderfolgend herzustellenden Schichten mittels selektivem Lasersintern oder mittels Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung oder mittels Extrusion oder mittels Bindemittel oder mittels Tropfen erzeugt werden . Ein Erzeugen der Schichten mittels Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung ist auch bekannt unter dem Begri f f „Direct Energy Deposition" . Der Materialauftrag kann beispielsweise mittels Laserstrahlung oder Lichtbogen erreicht werden . Dies ermöglicht es , additive Schmel zverfahren bereitzustellen, bei welchen die im Rahmen einer Standardparametrisierung auftretenden Probleme von überhitzten oder unterkühlten Bereichen des Erzeugnisses einfach und zumindest teilweise automatisiert vermieden werden . Des Weiteren können mittels des vorgenannten Herstellungsverfahrens Produktions fehler einfach reduziert werden . Bereits unter lokaler Anpassung von Werten von Belichtungsparametern können auf zuverlässige und reproduzierbare Weise Erzeugnisse mit einer hohen Qualität bereitgestellt werden .
Eine vorteilhafte Aus führungsvariante sieht vor, dass zum Zwecke einer Erzeugung einer Schicht des Erzeugnisses ein für verschiedene Bereiche dieser Schicht erforderlicher thermischer Energieeintrag ermittelt wird . Beispielsweise kann dies mittels der vorgenannten thermischen Prozesssimulation realisiert werden . Auf Basis des für die genannten verschiedenen Bereiche ermittelten Energieeintrags werden daraufhin geeignete Auflösungen der Segmentebene erzeugt . Im Weiteren können dann lokal unterschiedliche Werte wenigstens eines Prozessparameters vorgegeben werden . Dies ermöglicht es , einen Energieeintrag in den betrachteten Bereich der herzustellenden Schicht unter Berücksichtigung eines Energieeintrags in einen hierzu benachbarten Bereich der herzustellenden Schicht vorzugeben . Findet beispielsweise ein sehr hoher thermischer Energieeintrag in einen ersten Bereich der Schicht statt , so kann sich diese thermische Energie auf benachbarte Bereiche auswirken . Benachbarte Bereiche können daraufhin mit einer geringeren thermischen Energie beaufschlagt werden . Gleichfalls kann der Fall auftreten, dass eine thermische Energie , welche in einen vorbestimmten Bereich der Schicht eingebracht wurde , in benachbarte , kühlere Bereiche abgeleitet wird . So kann ein zu geringer thermischer Energieeintrag in den betrachteten Bereich vermieden werden .
Vorzugsweise wird eine Information betref fend eine optische Prozessemission erfasst . Zweckmäßigerweise wird die Information mittels wenigstens eines optischen Sensors erfasst . Bei dem optischen Sensor kann es sich um eine Hochgeschwin- dikeitskamera, eine Photodiode , einen Bolometer oder einen Pyrometer handeln . Diese Sensoren können dabei on-axis oder of f-axis ausgerichtet sein . Auf Basis dieser erfassten Information kann vorgesehen sein, dass einem Segment der Segmentebene ein lokal abweichender Wert wenigstens eines Prozessparameters zugeordnet wird . Das Herstellungsverfahren kann auf diese Weise im Hinblick auf Abweichungen zwischen den lokal vorgegebenen Werten wenigstens eines Prozessparameters und einem tatsächlich angewandten Wert dieses wenigstens einen Prozessparameters überwacht werden . Zudem können solche Abweichungen rasch und zuverlässig lokalisiert werden . Beispielsweise kann auf Basis eines Werts des wenigstens einen Prozessparameters ein Erwartungswert betref fend die Prozessemission ermittelt werden . Ausgehend von diesem Erwartungswert können mittels der Überwachung der optischen Prozessemission Abweichungen zuverlässig ermittelt werden . Dies ermöglicht es , Korrekturmaßnahmen vorzusehen, um beispielsweise unmittelbar eine in-situ Prozesskorrektur vornehmen zu können . Die Korrekturmaßnahme kann hierbei auf Basis festgelegter analytischer Vorgaben oder auf Basis von Ergebnissen aus computerimplementierten Algorithmen der bereits vorbeschriebenen Art ermittelt werden .
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass als lokal unterschiedliche Werte eines Prozessparameters lokal unterschiedliche Werte einer Emissionsenergie , einer Intensität , einer Fokussierung, einer Laserzuordnung, einer Prozessgeschwindigkeit , einer Verweildauer, einer Punkt-Distanz und/oder einer Hedge-Distanz vorgegeben werden . Auf diese Weise kann ein besonders flexibel anpassbares Herstellungsverfahren bereitgestellt werden .
Des Weiteren wird als vorteilhafte Weiterbildung vorgeschlagen, dass ein Prozessweg, eine Prozesssequenz und/oder eine Belichtungssequenz zum Zwecke einer Erzeugung einer der genannten, aufeinanderfolgend herzustellenden Schichten des Erzeugnisses auf Basis der lokal vorgegebenen Werte des zumindest einen Prozessparameters gewählt wird . Vorzugsweise wer- den Bereiche der Schicht , welchen dieselben Werte des wenigstens einen Prozessparameters mittels der Segmentebene zugeordnet sind, unmittelbar aufeinanderfolgend erstellt . Daraufhin können weitere Bereiche , welchen ihres Falls dieselben Werte des wenigstens einen Prozessparameters zugeordnet sind, erstellt werden . Besonders bevorzugt werden die lokal vorgegebenen Werte auf Basis eines Ergebnisses aus einem computerimplementierten Algorithmus der vorbeschriebenen Art ermittelt und den betref fenden Segmenten der Segmentebene zugeordnet .
Ferner sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass auf Basis der lokal vorgegebenen Werte des zumindest einen Prozessparameters eine Energiequelle zum Zwecke einer Erzeugung einer herzustellenden Schicht gewählt wird . Werden mehrere Energiequellen vorgesehen, so können diese nebenläufig betrieben werden . Das Herstellungsverfahren kann auf diese Weise beschleunigt werden . Des Weiteren können so Energiequellen verschiedener Art herangezogen werden, um im einzelnen Anwendungs fall stark voneinander abweichende Werte des wenigstens einen Prozessparameters realisieren zu können .
Bei dem additiven Herstellungsverfahren kann es sich beispielsweise um eines der nachfolgend genannten Verfahren handeln : Powder Bed Fusion - Laser Beam Metal ( PBF-LB/M) ; Powder Bed Fusion - Laser Beam Polymer ( PBF-LB/P ) ; Powder Bed Fusion - Electronic Beam ( PBF-EBM) ; Direct Energy Deposition - Laser Beam ( DED-LB ) ; Direct Energy Deposition - Arc ( DED-Arc ) .
Mittels der erfindungsgemäßen Produktionsanlage ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren durchführbar .
Zu diesem Zweck ist die Produktionsanlage dazu eingerichtet , das Herstellungsverfahren durchzuführen . Insbesondere handelt es sich bei der Produktionsanlage um einen Drucker, welcher dazu eingerichtet ist , das erfindungsgemäße additive Herstellungsverfahren durchzuführen . Besonders bevorzugt wird mittels der Produktionsanlage auf Basis eines digitalen Modells eines Erzeugnisses dieses Erzeugnis hergestellt . So können Erzeugnisse hergestellt werden, welche eine besonders hohe Qualität aufweisen .
Ferner sieht die Erfindung ein Computerprogramm vor, welches bei dessen Aus führung die erfindungsgemäße Produktionsanlage dazu veranlasst , das erfindungsgemäße additive Herstellungsverfahren durchzuführen .
Darüber hinaus wird ein computerlesbares Medium vorgeschlagen, welches Instruktionen aufweist . Auch auf Basis dieser Instruktionen wird die erfindungsgemäße Produktionsanlage dazu veranlasst , das erfindungsgemäße additive Herstellungsverfahren durchzuführen .
Bei dem vorgenannten computerlesbaren Medium kann es sich beispielsweise um eine CD-ROM, eine DVD, einen USB- oder Flash-Speicher oder um ein nicht körperliches Medium, wie ein Datenstrom und/oder ein Datenträgersignal handeln .
Die voranstehend beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden im Zusammenhang mit den Figuren in der folgenden Beschreibung eines Aus führungsbeispiels und dessen Variationen der Erfindung näher erläutert . Soweit zweckdienlich, werden in den Figuren dieselben Bezugs zeichen für dieselben oder einander entsprechende Elemente der Erfindung verwendet . Die folgende Beschreibung dient der Erläuterung der Erfindung und beschränkt die Erfindung nicht auf die darin angegebenen Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale . Zudem können alle im Folgenden angegebenen Merkmale isoliert betrachtet und in geeigneter Weise mit Merkmalen eines beliebigen Anspruchs kombiniert werden .
Es zeigen : FIG 1 eine schematische I llustration des erfindungsgemäßen Verfahrens ;
FIG 2 ein Aus führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Produktionsanlage , mittels welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist , in einer schematischen Darstellung sowie eine weitere I llustration des Beispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ;
FIG 3 eine Draufsicht auf eine herzustellende Schicht sowie eine dieser Schicht zugeordnete Segmentebene , welche in eine vorgebbare Anzahl an Segmenten aufgeteilt ist , in einer schematischen Darstellung;
FIG 4 eine weitere schematische Draufsicht auf eine herzustellende Schicht sowie eine dieser Schicht zugeordnete Segmentebene , welche im Vergleich zu der in FIG 3 gezeigten Segmentebene eine feinere Aufteilung aufweist .
FIG 1 zeigt illustriert ein Beispiel eines additiven Herstellungsverfahrens 100 in einer schematischen Darstellung .
Das Herstellungsverfahren 100 sieht vor, dass ein digitales Modell eines Erzeugnisses 10 in aufeinanderfolgend herzustellende Schichten 12 aufgeteilt wird 102 . Eine solche Aufteilung 102 eines herzustellenden Erzeugnisses 10 in aufeinanderfolgend herzustellende Schichten 12 ist dem Fachmann bereits bekannt .
Des Weiteren ist dem Fachmann bereits bekannt , dass den herzustellenden Schichten 12 auf Basis von geometrischen Vorgaben aus dem digitalen Modell des Erzeugnisses 10 Werte von Prozessparameter vorgegeben werden . Im Gegensatz hierzu sieht das vorliegend beschriebene Beispiel des additiven Herstel- lungsverf ährens 100 vor, dass mehreren der genannten Schichten 12 zum Zwecke einer Vorgabe 104 von lokal unterschiedlichen Werten wenigstens eines Prozessparameters j eweils eine separate Segmentebene 14 zugeordnet wird 106 . Nach Maßgabe einer Segmentebene 14 wird sodann eine j eweils zugehörige Schicht 12 erzeugt 108 .
Das im Zusammenhang mit FIG 1 beschriebene Beispiel des additiven Herstellungsverfahrens 100 sieht vor, dass die aufeinanderfolgend herzustellenden Schichten 12 des Erzeugnisses 10 mittels eines pulverbettbasierten Schmel zens eines Metalls oder eines Polymers mithil fe eines Laserstrahls erzeugt werden 108 . Alternativ ist denkbar, dass die Schichten 12 auf eine andere , dem Fachmann bekannte Art und Weise erzeugt werden 108 . Beispielhaft ist denkbar, dass die Schichten 12 mittels selektivem Lasersintern oder mittels Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung erzeugt werden 108 . Ferner ist denkbar, dass die Schichten 12 mittels Extrusionstechnik, mittels Pulver-Binder-Verfahren, mittels Stereolithographie oder mittels Polymer- Jetting erzeugt werden 108 . Anstatt des vorgenannten Laserstrahls ist des Weiteren denkbar, dass ein Elektronenstrahl eingesetzt wird . Vor diesem Hintergrund wird im Folgenden das Herstellungsverfahren 100 beispielhaft auf Basis einer Emissionsenergie als Prozessparameter näher beschrieben . Alternativ oder zusätzlich zu der Emissionsenergie ist denkbar, dass als Prozessparameter eine Prozessgeschwindigkeit , eine Verweildauer, eine Punkt-Distanz , ein Fokusdurchmesser, eine Intensität , eine Extrusionsgeschwindigkeit , ein Materialdurchsatz und/oder eine Hedge-Distanz oder andere dem Fachmann zum Zwecke einer additiven Schichterzeugung bekannte Prozessparameter vorgegeben werden 104 . Der Übersichtlichkeit halber beschränkt sich die folgende Beschreibung des additiven Herstellungsverfahrens 100 j edoch auf die Emissionsenergie als Prozessparameter .
Die lokal unterschiedlichen Werte der Emissionsenergie werden im Zusammenhang mit dem vorliegend beschriebenen Beispiel des additiven Herstellungsverfahrens 100 auf Basis eines Ergeb- nisses einer numerischen Simulation ermittelt 110 . Im Rahmen des vorliegend beschriebenen Beispiels des additiven Herstellungsverfahrens 100 werden beispielhaft lokal unterschiedliche Werte der Emissionsenergie eines Lasers auf Basis eines Ergebnisses einer thermischen Prozesssimulation ermittelt 110 . Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass eine solche numerische Simulation durch das additive Herstellungsverfahren 100 bedingte mechanische Eigenschaften des Erzeugnisses 10 , wie beispielsweise mechanische Spannungen, betri f ft .
In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante des vorliegend beschriebenen Beispiels des Verfahrens 100 ist vorgesehen, dass j eder der genannten Schichten 12 gemäß einer Standardpa- rametrierung auf eine herkömmliche Weise Standardwerte betref fend die Emissionsenergie als Prozessparameter zugeordnet werden 106 . Mittels der genannten thermischen Prozesssimulation können durch eine Standardparametrisierung des Herstellungsverfahrens 100 hervorgerufene Temperaturunterschiede in verschiedenen Bereichen des Erzeugnisses 10 ermittelt werden 110 . Zum Zwecke einer Vermeidung von lokal erhöhten oder lokal verringerten Prozesstemperaturen, sieht das vorliegend beschriebene additive Herstellungsverfahren 100 vor, j eweils von den Standardwerten abweichende Werte der Emissionsenergie vorzugeben 104 .
Hierzu wird bei dem beispielhaft im Zusammenhang mit FIG 1 beschriebenen additiven Herstellungsverfahren 100 wenigstens ein Teil der genannten Segmentebenen 14 in Segmente 16 unterteilt 112 . Jedem der genannten Segmente 16 wird sodann ein Wert der Emissionsenergie des Lasers zugeordnet 106 , nach Maßgabe dessen die zugehörige Schicht 12 erzeugt wird 108 . Beispielhaft basieren diese , den Segmenten 16 zugeordneten 106 Werte , zunächst auf Werten gemäß einer Standardparametrisierung . Daraufhin werden Werte betref fend die Emissionsenergie vorliegend auf Basis der Ergebnisse der thermischen Prozesssimulation ermittelt 110 . Hierfür wird für verschiedene Bereiche einer herzustellenden Schicht 12 des Erzeugnisses 10 ein j eweils erforderlicher thermischer Energieeintrag ermit- telt 110 . Auf Basis dieses ermittelten 110 Energieeintrags werden sodann die lokal von der Standardparametrisierung verschiedenen Werte für die Emissionsenergie vorgegeben 104 und im Falle einer relevanten Abweichung einem zugehörigen Segment 16 zugeordnet 106 .
Jeder Schicht 12 oder ausgewählter Schichten 12 kann auf diese Weise individuell eine separate Segmentebene 14 zugeordnet werden 106 , nach Maßgabe derer eine j eweils zugehörige Schicht 12 erzeugt wird 108 . So kann vermieden werden, dass das digitale Modell des Erzeugnisses 10 in mehrere digitale Modelle zerlegt werden muss , welchen j eweils ein eigener Satz an Parameterwerten zugeordnet werden muss . Stattdessen kann mittels des vorliegend beschriebenen Beispiels des additiven Herstellungsverfahrens 100 ein Ergebnis der thermischen Prozesssimulation unmittelbar zum Zwecke einer Erzeugung 108 der Schichten 12 und damit des Erzeugnisses 10 berücksichtigt werden .
Zudem sieht das im Zusammenhang mit FIG 1 beschriebene Beispiel des additiven Herstellungsverfahrens 100 vor, dass ein Prozessweg eines Laserstrahls zum Zwecke einer Erzeugung 108 der Schicht 12 des Erzeugnisses 10 auf Basis der lokal mittels der Segmentebenen 14 vorgegebenen Werte der Emissionsenergie des Lasers bestimmt wird 114 . Liegen Segmente 16 unmittelbar benachbart nebeneinander, welchen j eweils dieselben Werte der Emissionsenergie zugeordnet sind 106 , so wird der Prozessweg derart gewählt , dass diese Segmente 16 aufeinanderfolgend mit der Emissionsenergie beaufschlagt werden . So kann eine häufige Veränderung der Emissionsenergie eines Lasers verhindert werden und damit ein zeitef fi zientes Herstellungsverfahren 100 bereitgestellt werden .
Zudem sieht das vorliegend beschriebene Beispiel des Verfahrens 100 vor, das eine Information betref fend eine optische Prozessemission erfasst wird 116 . Bei der optischen Prozessemission handelt es sich vorliegend beispielhaft um ein Prozessleuchten, welches aufgrund einer eingestrahlten Emissi- onsenergie des Lasers von der herzustellenden Schicht 12 ausgeht .
In einer besonderen Aus führungsvariante stehen mehrere Laser zum Zwecke einer Erstellung 108 der Schicht 12 zur Verfügung . Diese unterscheiden sich beispielsweise in einer maximalen Laserleistung . In diesem Anwendungs fall sieht das Beispiel des Verfahrens 100 vor, dass auf Basis der lokal vorgegebenen 104 Werte der Emissionsenergie des Lasers zumindest ein Teil der mehreren Laser nebenläufig zum Zwecke des Erstellens 108 der Schicht 12 betrieben werden . Bereiche der herzustellenden Schicht 12 , welchen dieseleben Werte einer Emissionsenergie des Lasers zugeordnet werden 106 , können so mit demselben Laser erzeugt werden 108 . Auf diese Weise können Energiequellen verschiedener Art herangezogen werden, um im einzelnen Anwendungs fall stark voneinander abweichende Werte des wenigstens einen Prozessparameters realisieren zu können .
FIG 2 zeigt ein Aus führungsbeispiel einer Produktionsanlage 18 in einer schematischen Darstellung . Die Produktionsanlage 18 ist vorliegend dazu eingerichtet , das Beispiel des im Zusammenhang mit FIG 1 beschriebenen additiven Herstellungsverfahrens 100 durchzuführen . Beispielhaft handelt es sich um eine Produktionsanlage 18 , bei welcher das Erzeugnis 10 mittels eines pulverbettbasierten Schmel zens eines Metalls oder eines Polymers mithil fe eines Laserstrahls erzeugt wird 108 . FIG 2 illustriert des Weiteren beispielhaft das im Zusammenhang mit FIG 1 beschriebene additive Herstellungsverfahren 100 .
Beispielhaft illustriert FIG 2 , dass das dem Erzeugnis 10 zugrundeliegende digitale Modell in aufeinanderfolgend herzustellende Schichten 12 unterschiedlicher Dicke aufgeteilt 102 ist . Alternativ ist denkbar, dass die aufeinanderfolgenden Schichten 12 in einer nicht näher dargestellten Weise dieselbe Dicke aufweisen . Das in FIG 2 beispielhaft dargestellte Erzeugnis 10 weist bereits nach Maßgabe dieses digitalen Modells erzeugte 108 Schichten 12 auf . Ferner ist vorliegend j eder der genannten Schichten 12 beispielhaft eine separate Segmentebene 14 zugeordnet . Das Erzeugen 108 der genannten Schichten 12 des Erzeugnisses 10 erfolgt j eweils nach Maßgabe einer der j eweiligen Schicht 12 individuell zugeordneten 106 Segmentebene 14 .
Während des Erzeugens 108 einer Schicht 12 wird vorliegend das vorgenannte Prozessleuchten erfasst 116 . Zum diesem Zweck weist die Produktionsanlage 18 beispielhaft einen optischen Sensor 20 auf . Bei diesem Sensor 20 kann es sich beispielsweise um eine Hochgeschwindikeitskamera, eine Photodiode , einen Bolometer oder einen Pyrometer handeln . Auf Basis der so erfassten 116 Information wird das Verfahren 100 im Hinblick auf Abweichungen einer angewandten Emissionsenergie von den lokal vorgegebenen 104 Werten der Emissionsenergie des Lasers überwacht . Hierzu wird zunächst ein Wert betref fend ein zu erwartendes Prozessleuchten auf Basis des vorgegeben 104 Werts der Emissionsenergie ermittelt . Anhand eines Vergleichs des erwarteten Werts betref fend das Prozessleuchten und einem mittels des optischen Sensors 20 erfassten 116 Werts können rasch Abweichungen festgestellt und lokalisiert werden . Auf Basis dieser Erkenntnis wird vorliegend eine in-situ Korrekturmaßnahme vorgenommen 118 . Diese Korrekturmaßnahme kann mithil fe festgelegter analytischer Vorgaben oder auf Basis von Ergebnissen aus einem computerimplementierten Algorithmus ermittelt werden .
FIG 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Aus führungsbeispiel einer im Zusammenhang mit FIG 1 oder FIG 2 bereits beschriebenen Segmentebene 14 sowie einer Schicht 12 , welcher diese Segmentebene 14 zugeordnet ist 106 .
Das Aus führungsbeispiel der Segmentebene 14 ist in eine Vielzahl an Segmenten 16 unterteilt 112 . Diese Segmente 16 weisen beispielhaft eine quadratische Außenkontur auf , die in Zeilen und Spalten nebeneinander angeordnet sind . Jedem der genannten Segmente 16 wird ein Wert betref fend eine Emissionsenergie zugeordnet 106 , nach Maßgabe dessen die zugehörige Schicht 12 erzeugt wird 108 . In der vorliegend beschriebenen Aus führungs form sind Segmente 16 vorgesehen, welche außerhalb einer Geometrie der herzustellenden Schicht 12 angeordnet sind . Auf diese Weise können Bereiche außerhalb der herzustellenden Schicht 12 beispielsweise vorgewärmt werden . Alternativ kann auf eine nicht näher dargestellte Weise die Segmentebene 14 deckungsgleich mit der Geometrie der herzustellenden Schicht 12 sein . Wie bereits im Zusammenhang mit FIG 1 beschrieben, werden die Werte der Emissionsenergie beispielhaft auf Basis eines Ergebnisses einer thermischen Prozesssimulation ermittelt 110 . Dabei ist denkbar, dass Werte der Emissionsenergie zunächst gemäß einem bekannten Standardparametrisierungsverfahren vorgegeben werden 104 . Diese Werte werden im vorliegend beschriebenen Beispiel des Herstellungsverfahrens 100 sodann zum Zwecke einer aufwandsgünstigen Zuordnung 106 j edem Segment 16 tabellarisch zugeordnet 106 . Nach Maßgabe der Ergebnisse der thermischen Prozesssimulation können sodann lokal von Standardwerten abweichende Werte der Emissionsenergie ermittelt werden . Diese lokal abweichenden Werte werden daraufhin auf die im Zusammenhang mit FIG 1 beispielhaft beschriebene Art und Weise entsprechend ausgewählten Segmenten 16 zugeordnet 106 . Dabei können auf einfache Weise zugehörige Einträge der vorgenannten tabellarischen Zuordnung 106 verändert werden . Übrige Einträge können dahingegen unverändert beibehalten und an weitere Segmentebenen 14 vererbt werden . Damit kann eine einfache Systematik bereitgestellt werden, um positionsgenau lokal unterschiedliche Werte betref fend vorbestimmte Prozessparameter, wie vorliegend Werte der Emissionsenergie , vorzugeben 104 .
Alternativ oder zusätzlich ist es in diesem Zusammenhang denkbar, dass die Segmentebene 14 oder Teile davon in Segmente 16 unterteilt wird 112 , welche eine dreieckige , eine rechteckige , eine runde , eine elliptische , eine ovale oder eine polygonale Außenkontur aufweisen . Des Weiteren ist denkbar, dass lediglich ein Teil der Segmente 16 in Zeilen und Spalten angeordnet wird . Weitere Teile können entweder in Zeilen, in Spalten oder auf eine frei wählbare Weise angeordnet sein .
Tritt beispielhaft bei der im Zusammenhang mit FIG 3 beschriebenen Unterteilung 112 der Segmentebene 14 eine Diskrepanz zwischen einer Größe der genannten Segmente 16 und einem Bereich auf , für welchen lokal abweichende Werte vorgesehen werden sollen, so kann auf einfache Weise eine Unterteilung 112 der Segmentebene 14 angepasst werden . Mithil fe der vorgenannten tabellarischen Zuordnung 106 der Werte der Emissionsenergie ist dies ohne merklichen Mehraufwand realisierbar .
Zum Zwecke einer diesbezüglichen I llustration wird im Folgenden der Fall betrachtet , dass ein Bereich, welchem lokal von der Standardparametrisierung abweichende Werte der Emissionsenergie zugeordnet werden sollen 106 , lediglich ein Bruchteil eines im Zusammenhang mit FIG 3 gezeigten Segments 16 betri f ft . In diesem Falle kann die Segmentebene 14 gegenüber der im Zusammenhang mit FIG 3 gezeigten Unterteilung 112 feiner unterteilt werden 112 . Eine solche feinere Unterteilung 112 der Segmentebene 14 ist beispielhaft in FIG 4 gezeigt . Zum Zwecke einer vereinfachten Veranschaulichung werden die in FIG 3 gezeigten Segmente 16 beispielhaft geviertelt . Dabei werden die einem Segment 16 vor der weiteren Unterteilung 112 zugeordneten Werte der Emissionsenergie den vier daraus resultierenden Segmente 16 zugeordnet 106 . Auf diese Weise können die genannten Werte einfach vererbt werden . Beschränkt auf den vorgenannten Bereich kann auf diese Weise mittels der tabellarischen Zuordnung 106 vorbestimmten der nun feiner unterteilten 112 Segmente 16 ein von den vererbten Werten der Emissionsenergie verschiedener Wert der Emissionsenergie vorgegeben und zugeordnet werden 104 , 106 . Die mittels der Vererbung an die umliegenden Segmente 16 vorgegebenen Werte der Emissionsenergie bleiben dabei unverändert erhalten . So kann zielgerichtet lediglich dem Segment 16 ein davon verschiedener Wert zugeordnet werden 106 , welcher mit dem betrof fenen Bereich übereinstimmt . Die Segmentebene 14 kann daher derart beliebig fein unterteilt werden 112 , dass eine bedarf sgerech- te räumliche Auflösung der Segmentebene 14 zum Zwecke einer Zuordnung 106 lokal unterschiedlicher Werte der Emissionsenergie bereitgestellt werden kann . Mittels der Vererbung von Werten der Emissionsenergie kann ein Anpassungsaufwand daher minimiert werden .
Vorliegend ist die gesamte Segmentebene 14 beispielhaft gleichmäßig unterteilt 112 . Alternativ ist es denkbar, dass verschiedene Teile der Segmentebene 14 unterschiedlich fein unterteilt werden 112 . Ferner kann alternativ oder zusätzlich zu der zuvor beschriebenen feineren Unterteilung 112 ein Zusammenfassen von Segmenten 16 vorgesehen werden, welchen dieselben Werte der Emissionsenergie zugeordnet sind 106 .
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Aus führungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde , ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .
Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begri f fes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst .

Claims

Patentansprüche
1. Additives Herstellungsverfahren (100) , bei welchem
- ein digitales Modell eines Erzeugnisses (10) in aufeinanderfolgend herzustellende Schichten (12) aufgeteilt wird (102) ;
- mehreren der genannten Schichten (12) zum Zwecke einer Vorgabe (104) von lokal unterschiedlichen Werten wenigstens eines Prozessparameters jeweils eine separate Segmentebene (14) zugeordnet wird (106) , nach Maßgabe derer die zugehörige Schicht (12) erzeugt wird (108) .
2. Herstellungsverfahren (100) nach Anspruch 1, bei welchem die lokal unterschiedlichen Werte wenigstens eines Prozessparameters auf Basis eines Ergebnisses eines computerimplementierten Algorithmus ermittelt werden (110) .
3. Herstellungsverfahren (100) nach Anspruch 2, bei welchem als computerimplementierter Algorithmus eine numerische Simulation, vorzugsweise eine thermische Prozesssimulation, ein regelbasierter Algorithmus oder ein Algorithmus betreffend maschinelles Lernen vorgesehen wird.
4. Herstellungsverfahren (100) nach Anspruch 1 bis 3, bei welchem
- wenigstens ein Teil der genannten Segmentebenen (14) in Segmente (16) unterteilt wird (112) ;
- jedem der genannten Segmente (16) ein Wert betreffend wenigstens einen Prozessparameter zugeordnet wird (106) , nach Maßgabe dessen die zugehörige Schicht (12) erzeugt wird
(108) .
5. Herstellungsverfahren (100) nach Anspruch 4, bei welchem wenigstens ein Teil der genannten Segmentebenen
(14) in Segmente (16) mit einer dreieckigen, einer quadratischen, einer rechteckigen, einer runden, einer elliptischen, einer ovalen oder einer polygonalen Außenkontur unterteilt wird (112) .
6. Herstellungsverfahren (100) nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem
- wenigstens ein Teil der genannten Segmentebenen (14) in entlang von Zeilen und/oder Spalten angeordnete Segmente (16) unterteilt wird (112) ;
- die Werte wenigstens eines Prozessparameters tabellarisch den Segmenten (16) der wenigstens einen Segmentebene (14) zugeordnet werden (106) .
7. Herstellungsverfahren (100) einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welchem wenigstens einem Teil der genannten Segmente (16) auf Basis eines Ergebnisses einer numerischen Simulation, vorzugsweise einer thermischen Prozesssimulation, ein Wert betreffend wenigstens einen Prozessparameter zugeordnet wird (106) .
8. Herstellungsverfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das digitale Modell des herzustellenden Erzeugnisses (10) in aufeinanderfolgend herzustellende Schichten (12) unterschiedlicher Dicke aufgeteilt wird (102) .
9. Herstellungsverfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem
- eine Information betreffend eine optische Prozessemission erfasst wird (116) ;
- einem Segment (16) auf Basis dieser erfassten (116) Information ein lokal abweichender Wert wenigstens eines Prozessparameters zugeordnet wird (106) .
10. Herstellungsverfahren (100) nach Anspruch 9, bei welchem
- zum Zwecke einer Erzeugung (108) einer Schicht (12) des Erzeugnisses (10) ein für verschiedene Bereiche dieser Schicht (12) erforderlicher thermischer Energieeintrag ermittelt wird (110) ;
- auf Basis des für die genannten verschiedenen Bereiche ermittelten Energieeintrags (110) lokal unterschiedliche Werte wenigstens eines Prozessparameters vorgegeben werden (104) .
11. Herstellungsverfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem als lokal unterschiedliche Werte eines Prozessparameters lokal unterschiedliche Werte betreffend eine Emissionsenergie, eine Prozessgeschwindigkeit, eine Verweildauer, eine Punkt-Distanz, eine Hedge-Distanz, eine Laserzuordnung, eine Fokussierung und/oder eine Intensität vorgegeben werden (104) .
12. Herstellungsverfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Prozessweg, eine Prozesssequenz, eine Belichtungssequenz und/oder eine Energiequelle zum Zwecke einer Erzeugung (108) der Schicht (12) des Erzeugnisses (10) auf Basis der lokal vorgegebenen (104) Werte des wenigstens einen Prozessparameters bestimmt wird (114) .
13. Produktionsanlage (18) , welche dazu eingerichtet ist, das Herstellungsverfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
14. Computerprogramm, welches bei dessen Ausführung die Produktionsanlage (18) nach Anspruch 13 dazu veranlasst, das additive Herstellungsverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
15. Computerlesbares Medium aufweisend Instruktionen, welche die Produktionsanlage (18) nach Anspruch 13 dazu veranlasst, das additive Herstellungsverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
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