EP4642580A1 - Verfahren und planungsvorrichtung zum planen einer lokal selektiven bestrahlung eines arbeitsbereichs mit mindestens einem energiestrahl, sowie verfahren und fertigungsvorrichtung zum additiven fertigen von bauteilen aus einem pulvermaterial - Google Patents

Verfahren und planungsvorrichtung zum planen einer lokal selektiven bestrahlung eines arbeitsbereichs mit mindestens einem energiestrahl, sowie verfahren und fertigungsvorrichtung zum additiven fertigen von bauteilen aus einem pulvermaterial

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EP4642580A1
EP4642580A1 EP23813380.5A EP23813380A EP4642580A1 EP 4642580 A1 EP4642580 A1 EP 4642580A1 EP 23813380 A EP23813380 A EP 23813380A EP 4642580 A1 EP4642580 A1 EP 4642580A1
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EP
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irradiation
area
sequence
energy beam
region
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EP23813380.5A
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English (en)
French (fr)
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Bernhard Gutmann
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Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Definitions

  • Method and planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with at least one energy beam, as well as method and manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material
  • the invention relates to a method and a planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with at least one energy beam, as well as a method and a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material.
  • a locally selective irradiation of a work area with an energy beam in order to use the energy beam to produce at least one component layer by layer from a plurality of powder material layers of a powder material arranged in a layer sequence in the work area in chronological succession can be planned in such a way that different irradiation areas within a powder material layer are irradiated one after the other in time against a predetermined protective gas flow direction over the work area. In this way, impairment of irradiation areas that have not yet been irradiated by material that is carried out of irradiated irradiation areas by the protective gas flow is at least largely avoided.
  • a coating device that is provided to apply a subsequent layer of powder material to the work area can typically only start coating when the irradiation of the last irradiation area of the previous powder material layer has also been completed. This stands in the way of a further increase in productivity.
  • each energy beam can be assigned a displacement area in the working area, whereby it can be provided that irradiation areas arranged within the same displacement area are irradiated against the predetermined protective gas flow direction.
  • energy beams in neighboring displacement areas work with too little distance from each other, so that a current a first irradiation area irradiated by a first energy beam is adversely affected by the processing of a second irradiation area irradiated nearby by a second energy beam.
  • An adverse effect can arise in particular from a plume of smoke or fumes from the second energy beam that defocuses the first energy beam or from material ejected from the second irradiation area, for example by splashes.
  • this problem can at least be alleviated by introducing waiting times in the irradiation with the various energy beams; however, such waiting times result in a not inconsiderable loss of productivity, with the irradiation of the work area having a reduced temporal efficiency.
  • the invention is based on the object of providing a method and a planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with at least one energy beam, as well as a method and a manufacturing device for the additive manufacture of components from a powder material, wherein the aforementioned disadvantages are reduced, preferably avoided.
  • the object is achieved in particular by creating a method - in particular a computer-implemented method, hereinafter also referred to as a planning method - for - in particular a computer-implemented method - for planning a locally selective irradiation of a work area with at least one energy beam in order to use the at least one energy beam to produce at least one component layer by layer from a plurality of powder material layers of a powder material arranged in a layer sequence in the work area in chronological succession, wherein a temporal irradiation sequence of irradiation of a plurality of irradiation areas with the at least one energy beam for at least one powder material layer is determined on the basis of at least two sequence criteria, wherein a first sequence criterion is used that irradiation areas which have a smaller transverse axis coordinate value along a transverse axis oriented transversely to a predetermined protective gas flow direction above the work area are irradiated before irradiation areas which have a larger
  • an irradiation plan for the locally selective irradiation of the work area with the at least one energy beam in the at least one powder material layer is obtained in this way.
  • the implementation of the first sequence criterion allows an orderly irradiation of the various irradiation areas transverse to the protective gas flow direction and thus in particular along an axis along which a coating device is typically displaced in order to arrange a new powder material layer on the work area.
  • the temporal irradiation sequence is determined based on exactly two sequence criteria, namely - exclusively - the first sequence criterion and the second sequence criterion.
  • the first sequence criterion and the second sequence criterion are weighted.
  • the first sequence criterion it is possible for the first sequence criterion to be weighted more heavily than the second sequence criterion, so that the sequence of irradiation of the irradiation areas is determined primarily along the transverse axis and only secondarily against the flow axis.
  • the sequence criteria are explicitly weighted, in particular by specifying certain weighting factors.
  • the sequence criteria are implicitly weighted, in particular by specifying decision rules for determining the temporal sequence, from which a corresponding weighting results.
  • the transverse axis extends perpendicular to the flow axis.
  • the transverse axis and the flow axis span a Cartesian coordinate system in the plane of the work area, whereby in the following, without loss of generality, the transverse axis is also referred to as the x-axis and the flow axis is also referred to as the y-axis.
  • transverse axis coordinate values are also referred to as x-coordinate values
  • flow axis coordinate values are also referred to as y-coordinate values.
  • the y-coordinate values on the flow axis increase in the direction of the shielding gas flow.
  • an irradiation region with a larger y-coordinate value in the direction of the shielding gas flow is arranged downstream of an irradiation region with a smaller y-coordinate value; conversely, an irradiation region with a smaller y-coordinate value in the direction of the shielding gas flow is arranged upstream of an irradiation region with a larger y-coordinate value.
  • a first irradiation region which is arranged upstream of a second irradiation region, is first swept over by a specific volume element of the shielding gas flow before the specific volume element reaches the second irradiation region.
  • the second irradiation region, which is swept over by the specific volume element after the first irradiation region is arranged downstream of the first irradiation region.
  • an irradiation area is assigned its respective coordinate value at the outermost edge of the irradiation area along the respective coordinate.
  • the x-coordinate value assigned to an irradiation area for the purpose of determining the irradiation sequence is the smallest x-coordinate value of the irradiation area extending over a surface in the work area; alternatively or additionally, the y-coordinate value assigned to an irradiation area for the purpose of determining the irradiation sequence is the largest y-coordinate value of the irradiation area.
  • a center of gravity or center point of the irradiation area under consideration can be used for the assignment of the coordinate values.
  • an irradiation area is understood to mean in particular an area or section of the work area in which powder material is intended to be solidified by irradiation with an energy beam.
  • a plurality of irradiation areas are arranged on the work area, which are in particular spaced apart from one another and separated from one another by powder material that is not to be solidified, i.e. in particular areas that are not to be irradiated.
  • the various irradiation areas are separate from one another.
  • Different irradiation areas of the plurality of irradiation areas can be assigned to different components.
  • different irradiation areas of the plurality of irradiation areas can be assigned to a common component be assigned; the different irradiation areas then form islands of the common component on the work area.
  • Additive or generative manufacturing or production of a component is understood to mean, in particular, a layer-by-layer 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 manufacturing method that is selected from a group consisting of selective laser sintering, laser metal fusion (LMF), direct metal laser melting (DMLM), laser net shaping manufacturing (LNSM), selective electron beam melting ((Selective) Electron Beam Melting - (S)EBM), and laser engineered net shaping (LENS).
  • LMF laser metal fusion
  • DMLM direct metal laser melting
  • LNSM laser net shaping manufacturing
  • S selective electron beam melting
  • S Selective Electron Beam Melting -
  • LENS laser engineered net shaping
  • the at least one energy beam is in particular selected from a group consisting of an electromagnetic beam, in particular an optical working beam, in particular a laser beam, and a particle beam, in particular an electron beam.
  • the energy beam can be continuous or pulsed, in particular continuous laser radiation or pulsed laser radiation. In one embodiment, all energy beams are laser beams.
  • a locally selective irradiation of a work area with a plurality of energy beams can be planned in order to use the plurality of energy beams to produce a component layer by layer from a plurality of powder material layers of a powder material arranged in a layer sequence in the work area in chronological succession.
  • a temporal sequence of irradiation of the plurality of irradiation areas with the at least one energy beam is determined for a plurality of the powder material layers.
  • an irradiation plan is obtained for a plurality of the powder material layers.
  • this procedure is carried out for all powder material layers of the plurality of powder material layers.
  • an irradiation plan is obtained for all powder material layers.
  • the method is carried out iteratively - powder material layer by powder material layer.
  • the transverse axis is aligned along a coating displacement direction of the coating device set up to coat the work area with powder material.
  • a temporal overlap can advantageously be created between the coating of the work area with powder material and the irradiation of the work area with the at least one energy beam, wherein in particular the coating device on a first side of the work area already begins applying the next layer of powder material from a rest position, while on a second side opposite the first side along the coating displacement direction, irradiation areas are still being irradiated with the at least one energy beam.
  • the coating device is displaced from its rest position from the first side to the second side of the work area; in particular, it is then displaced back to the rest position.
  • the x coordinate value on the transverse axis increases from the first side, on which the coating device is arranged in its rest position, in the direction of the opposite second side.
  • those irradiation areas that are assigned lower x-coordinate values are arranged closer to the rest position of the coating device than those irradiation areas that are assigned higher x-coordinate values.
  • the irradiation areas are successively sorted into the irradiation sequence, with at least one test irradiation area with the smallest x-coordinate value being searched for from the irradiation areas not yet sorted into the irradiation sequence, with the test irradiation area being sorted into the irradiation sequence if the test irradiation area can be clearly determined and no further irradiation area not yet sorted into the irradiation sequence is arranged in a first blocking area in the direction of the protective gas flow downstream of the test irradiation area.
  • the irradiation area next along the transverse axis will always be the irradiation area irradiated next in time in the irradiation sequence.
  • the cumulatively applied criterion - also referred to below as the shadow criterion - that no further irradiation area that has not yet been sorted into the irradiation sequence may be arranged in the first exclusion zone, in a secondary respect,
  • the sequence of the irradiation areas is selected against the direction of the shielding gas flow, thus avoiding in particular any impairment of areas of the powder material layer that have not yet been irradiated by splashes carried away in the direction of the shielding gas flow.
  • the irradiation area of the irradiation areas not yet sorted into the irradiation sequence that has the smallest x-coordinate value and at the same time the largest y-coordinate value is determined as the test irradiation area. If several irradiation areas with identical smallest x-coordinate values are found, so that the assignment of the test irradiation area is ambiguous, the irradiation area that also has the largest y-coordinate value is determined as the test irradiation area from the possible irradiation areas that have the same smallest x-coordinate value. In particular, this instruction implicitly implements irradiation against the direction of the protective gas flow as a secondary sequence criterion.
  • the test irradiation area is temporarily disregarded as a resting test irradiation area when searching for test irradiation areas, wherein a further test irradiation area is searched for from the remaining irradiation areas that have not yet been sorted into the irradiation sequence, wherein in particular the resting test irradiation area is included again in the search for test irradiation areas as soon as a next test irradiation area is sorted into the irradiation sequence.
  • This procedure can in particular be iterated until a further test irradiation area is found that can both be clearly determined and meets the shadow casting criterion;
  • This additional test irradiation area is then sorted into the irradiation sequence as the next test irradiation area, and all test irradiation areas that have been temporarily inactive are temporarily disregarded in the search for test irradiation areas.
  • the irradiation areas are reactivated, i.e. included in the next search for test irradiation areas.
  • a resting test irradiation area is marked as non-irradiable in one embodiment of the method, in particular by setting a certain value of a certain variable, for example a flag.
  • the dormant test irradiation area is temporarily removed from a list of irradiation areas not yet sorted into the irradiation sequence. Both measures can ensure that the dormant test irradiation area is not found again for the time being.
  • the specific value of the specific variable is reset and/or the dormant test irradiation area is reinserted into the list of irradiation areas not yet sorted into the irradiation sequence.
  • the method is carried out for a plurality of energy beams in order to produce the at least one component by means of the plurality of energy beams, wherein each energy beam of the plurality of energy beams is assigned at least one displacement region, in particular one displacement region in the working region, wherein the displacement regions are arranged next to one another transversely to the predetermined protective gas flow direction - in particular along the transverse axis - above the working region and extend along the protective gas flow direction - in particular along the flow axis -, wherein the determination of the temporal irradiation sequence of the irradiation regions arranged in the displacement regions is carried out separately for the displacement regions.
  • this advantageously automatically prevents neighboring energy beams from coming too close to one another.
  • This advantageously at least largely avoids, preferably completely prevents, mutual interference between irradiation regions that are irradiated by neighboring energy beams, without the need to introduce waiting times.
  • the production of components can thus be carried out very efficiently in particular.
  • the determination of the temporal irradiation sequence for the displacement areas is carried out independently, i.e. the determination of the irradiation sequence in one displacement area does not depend on the determination or the result of the determination of the irradiation sequence in another displacement area.
  • a displacement area is understood to mean in particular an area or section of the work area in which an energy beam of the plurality of energy beams assigned to the displacement area can or may be displaced. It is possible that the displacement of the energy beam is technically limited - in particular in terms of hardware - to the assigned displacement area. Alternatively or additionally, the control of a scanner device provided for the displacement of the energy beam can be limited - in particular in terms of software - in such a way that the energy beam can only be displaced in the displacement area assigned to it.
  • the displacement areas are assigned to the energy beams unambiguously.
  • the displacement areas are assigned to the energy beams unambiguously, i.e. bijectively. This means in particular that each energy beam is assigned exactly one and only one displacement area, while at the same time each displacement area is assigned exactly one and only one energy beam.
  • the displacement regions are arranged next to one another perpendicular to the predetermined shielding gas flow direction - along the transverse axis - above the working region and each extend along the predetermined shielding gas flow direction, i.e. along the flow axis.
  • a plurality of irradiation regions are arranged in at least two displacement regions of the plurality of displacement regions.
  • a plurality of irradiation regions are arranged in each displacement region.
  • each energy beam can be displaced exclusively in the displacement area assigned to it and not in another displacement area assigned to another energy beam. This advantageously allows the method to be carried out particularly simply and with little computational effort.
  • the imaginary boundary line runs parallel to the predetermined protective gas flow direction, in particular to the flow axis.
  • the imaginary boundary line is a boundary line that extends in particular parallel to the flow axis.
  • the energy beams are assigned to displacement regions that overlap in some areas.
  • an overlap region arranged between two immediately adjacent displacement regions is defined in that both energy beams assigned to the immediately adjacent displacement regions can be shifted in the overlap region; the overlap region is therefore accessible to both energy beams.
  • This advantageously allows a particularly flexible design of the method and in particular a flexible arrangement of the irradiation regions relative to one another, which can in particular also be arranged in a nested or staggered manner in the overlap region.
  • an imaginary boundary line is assigned to each displacement region, with the boundary line of a displacement region being arranged within an adjacent displacement region, and with boundary lines assigned to two adjacent displacement regions enclosing the overlap region between them.
  • the first restricted area is defined on the working area, wherein irradiation with an energy beam is only released for the irradiation area arranged at the area position if either no other irradiation area is arranged in the first restricted area, or if other irradiation areas arranged in the first restricted area are irradiated.
  • material from the irradiation area arranged at the area position for example splashes, smoke or soot, is introduced into an irradiation area arranged in the first restricted area that has not yet been irradiated. This makes it possible to produce particularly high-quality components.
  • a second blocking area is defined on the working area, wherein irradiation with a second energy beam is blocked for the second blocking area.
  • the second blocking area is displaced with a displacement of the first energy beam on the working area.
  • the second blocking area therefore moves over the working area in particular with the first energy beam.
  • the irradiation areas are arranged in the work area, in particular in the displacement areas, before the temporal irradiation sequence is determined, wherein a first temporal irradiation sequence is established, wherein the arrangement of the irradiation areas in the work area is changed based on the determined first irradiation sequence, wherein a changed arrangement of the irradiation areas is obtained.
  • the irradiation of the work area is optimized in this way - preferably iteratively.
  • the arrangement of the irradiation areas in the work area is changed - in particular iteratively - in such a way that an overall irradiation time is optimized, in particular minimized. In this way, a manufacturing process using the irradiation plan can be designed very efficiently.
  • the energy beams are assigned to displacement regions that overlap in some areas, and the irradiation regions are arranged in the displacement regions before the temporal irradiation sequence is determined, the first temporal irradiation sequence being determined, the arrangement of the irradiation regions in the work region being changed based on the first irradiation sequence, a changed arrangement of the irradiation regions being obtained.
  • the irradiation regions in the at least one overlap region can advantageously be arranged in a nested or staggered manner between mutually overlapping displacement regions, whereby the work region can be used very efficiently.
  • an approximate instantaneous position of the energy beams for each point in time of the irradiation is known or can be determined based on the first irradiation sequence. This means that - particularly by introducing the second exclusion zone for the energy beams - interference between the energy beams can be avoided without the need for a hard boundary line between the displacement areas.
  • a second temporal irradiation sequence of the irradiation regions is defined for the changed arrangement of the irradiation regions, whereby the irradiation plan is obtained.
  • the irradiation of the work area is optimized in this way - preferably iteratively.
  • the second irradiation sequence is defined - in particular iteratively - in such a way that the total irradiation time is optimized, in particular minimized. In particular, in this way, a manufacturing process using the irradiation plan can be designed very efficiently.
  • a first temporal irradiation sequence is determined, wherein based on the first irradiation sequence - in particular without changing the arrangement of the irradiation areas - a second irradiation sequence is determined, in particular taking into account at least one blocking area, in particular selected from the first blocking area and the second blocking area, and/or taking into account further parameters or criteria, in particular a utilization of the individual energy beams.
  • the irradiation of the work area is also optimized in this way - preferably iteratively.
  • the second irradiation sequence is determined - in particular iteratively - in such a way that the total irradiation time is optimized, in particular minimized.
  • a manufacturing process using the irradiation plan can also be designed very efficiently in this way.
  • the irradiation plan is obtained as a data set for controlling a manufacturing device, in particular a manufacturing device according to the invention described below or a manufacturing device according to one or more of the embodiments described below, for additively manufacturing a component from the powder material.
  • a manufacturing device in particular a manufacturing device according to the invention described below or a manufacturing device according to one or more of the embodiments described below, for additively manufacturing a component from the powder material.
  • the irradiation plan is obtained in this way in an easy-to-handle, in particular machine-readable form.
  • the object is also achieved by creating a method - also referred to below as a manufacturing method - for additively manufacturing at least one component from a powder material, which has the following steps: providing an irradiation plan obtained with the aid of a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments for the locally selective irradiation of a work area with at least one energy beam in order to produce the component layer by layer from a plurality of powder material layers of the powder material arranged in a layer sequence in the work area in chronological succession by means of the at least one energy beam, and manufacturing the at least one component according to the irradiation plan, in particular by means of the manufacturing device according to the invention described below or a manufacturing device according to one or more of the embodiments described below.
  • the advantages that have already been described previously in connection with the planning method arise in particular.
  • the irradiation plan is provided by carrying out a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments.
  • the manufacturing method thus also includes the planning method at the same time - in particular in the form of steps preceding the actual manufacturing.
  • a laser beam or an electron beam is preferably used as the at least one energy beam.
  • the component is manufactured by means of selective laser sintering and/or selective laser melting.
  • powder material in particular a metallic or ceramic powder can preferably be used.
  • the invention also includes a first computer program product, comprising machine-readable instructions on the basis of which a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments is carried out on a computing device when the first computer program product is running on the computing device.
  • a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments is carried out on a computing device when the first computer program product is running on the computing device.
  • the invention also includes a first data carrier comprising such a first computer program product.
  • the invention also includes a second computer program product, comprising machine-readable instructions, on the basis of which a manufacturing method according to the invention or a manufacturing method according to one or more of the previously described embodiments is carried out on a computing device when the second computer program product is running on the computing device.
  • a manufacturing method according to the invention or a manufacturing method according to one or more of the previously described embodiments is carried out on a computing device when the second computer program product is running on the computing device.
  • the invention also includes a second data carrier comprising such a second computer program product.
  • the object is also achieved by creating a planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with at least one energy beam in order to use the at least one energy beam to produce at least one component from a powder material arranged in the work area, wherein the planning device is set up to carry out a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments.
  • the planning device In connection with the planning device, in particular those advantages arise which have already been described previously in connection with the planning method or the manufacturing method.
  • the planning device can be configured to plan the locally selective irradiation of the work area with a plurality of energy beams.
  • the planning device is designed as a device that is 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 planning device is an RTC5 or RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the design currently available on the date determining the priority of the present protective right.
  • the planning device can be provided externally or separately from a production device, wherein the planning device preferably creates a data set which is then transmitted in a suitable manner, for example by means of a data carrier or via a network, in particular via the Internet, or via another suitable wireless or wired form of transmission, to a production device, in particular a control device of a production device.
  • the planning device can generate CAM data from CAD data, i.e. in particular a command sequence, in particular an NC program, for controlling the production device, wherein this command sequence is then transmitted to the production device for its control.
  • CAD data of a component can be transferred to the planning device, wherein the planning device generates the command sequence for the production device from this.
  • the planning device can also be integrated into a production device.
  • the planning device can be integrated into the control device of the production device, or the control device of the production device can be designed as a planning device, in particular by providing a suitable hardware component and/or by implementing a suitable computer program product, in particular software.
  • CAD data of a component it is possible for CAD data of a component to be manufactured to be transferred to the production device, with the production device itself, in particular the planning device implemented in the control device, generating corresponding CAM data or a command sequence for controlling the production device from the CAD data.
  • the planning device it is also possible for the planning device to comprise a plurality of computing devices, in particular being designed to be physically distributed.
  • the planning device then preferably comprises a plurality of computing devices that are networked with one another.
  • the planning device can be designed as a data cloud or so-called cloud, or the planning device is part of a data cloud or cloud.
  • the planning device comprises, on the one hand, at least one computing device external to the production device and, on the other hand, the production device, in particular the control device of the production device, wherein steps carried out by the planning device are then carried out partly on the external computing device and partly on the production device, in particular on the control device.
  • the planning device not to take over the complete planning of the locally selective irradiation of the work area, but only parts of it; in particular, it is possible for the planning device to only take over that part of the planning of the locally selective irradiation of the work area that relates to the steps and/or specifications described above.
  • planning of the locally selective irradiation can, however, be carried out in other computing devices, in particular in computing devices external to the production device, or in the production device itself, in particular its control device, or in a data cloud.
  • the planning device it is possible for the planning device to change, adapt or correct CAM data generated by another computing device or a command sequence, in particular an NC program.
  • the object is also achieved by creating a manufacturing device for the additive manufacture of components from a powder material, which has at least one beam generating device, wherein the at least one beam generating device is designed to generate at least one energy beam.
  • the manufacturing device has at least one scanner device that is designed to locally selectively irradiate a work area with the at least one energy beam in order to use the at least one energy beam to produce at least one component from the powder material arranged in the work area.
  • the manufacturing device has a protective gas device that is designed to generate a protective gas flow with a defined protective gas flow direction over the work area.
  • the manufacturing device has a control device that is operatively connected to the at least one scanner device and is designed to control the at least one scanner device.
  • the control device is designed to carry out a manufacturing method according to the invention or a manufacturing method according to one or more of the previously described embodiments.
  • the advantages that arise are those that have already been described previously in connection with planning processes or the manufacturing process.
  • the manufacturing device has in particular a coating device which can be displaced over the working area along a coating displacement direction - in particular aligned along the transverse axis, also referred to as the x-axis - in order to coat the working area with powder material.
  • the beam generating device is designed to generate a plurality of energy beams, and/or the manufacturing device has a plurality of beam generating devices for generating a plurality of energy beams. It is possible that a plurality of scanner devices are used for the plurality of energy beams. are provided. However, it is also possible for the scanner device to be set up to move a plurality of energy beams - in particular independently of one another - on the work area. In particular, the scanner device can have a plurality of separately controllable scanners, in particular scanner mirrors, for this purpose.
  • the scanner device preferably has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head or processing head that can be displaced relative to the work area.
  • the scanner devices proposed here are particularly suitable for displacing the energy beam within the work area between a plurality of irradiation positions.
  • a working head or processing head that can be moved relative to the work area is understood here to mean in particular an integrated component of the production device that has at least one radiation outlet for at least one energy beam, wherein the integrated component, i.e. the working head, can be moved as a whole along at least one direction of displacement, preferably along two mutually perpendicular directions of displacement, relative to the work area.
  • a working head can in particular be designed in a gantry design or can be guided by a robot.
  • the working head can be designed as a robot hand of a robot.
  • 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 RTC5 or RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the embodiment currently available on the date determining the priority of the present protective right.
  • the at least one beam generating device has at least one laser.
  • the at least one energy beam is thus advantageously generated as an intense beam of coherent electromagnetic radiation, in particular coherent light. Irradiation preferably means exposure to light in this respect.
  • the manufacturing device is preferably designed for selective laser sintering. Alternatively or additionally, the manufacturing device is designed for selective laser melting. These configurations of the manufacturing device have proven to be particularly advantageous. The invention is explained in more detail below with reference to the drawings, in which:
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material with an embodiment of a planning device;
  • Figure 2 is a schematic representation of an embodiment of a method for planning a locally selective irradiation of a working area with at least one energy beam;
  • Figure 3 is a schematic representation of a first application of the planning method according to Figure 2 to a work area
  • Figure 4 is a schematic representation of a second application of the planning method according to Figure 2 to a work area.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a manufacturing device 1 for the additive manufacturing of at least one component 3 from a powder material 5 with an embodiment of a planning device 7.
  • the manufacturing device 1 has at least one beam generating device 9, preferably designed as a laser, which is set up to generate at least one energy beam 11, in particular a laser beam, here in particular a plurality of energy beams 11, and also at least one scanner device 13, which is set up to locally selectively irradiate a work area 15 with the at least one energy beam 11 in order to use the at least one energy beam 11 to produce the at least one component 3 from the powder material 5 arranged in the work area 15.
  • a beam generating device 9 preferably designed as a laser, which is set up to generate at least one energy beam 11, in particular a laser beam, here in particular a plurality of energy beams 11, and also at least one scanner device 13, which is set up to locally selectively irradiate a work area 15 with the at least one energy beam 11 in order to use the at least one energy beam 11 to produce the at least one component 3 from the powder material 5 arranged in the work area 15.
  • the beam generating device 9 generates more than one energy beam 11, or the manufacturing device 1 has more than one beam generating device 9 for generating a plurality of energy beams 11;
  • Figure 1 specifically shows a first beam generating device 9.1 for generating a first energy beam 11.1 and a second beam generating device 9.2 for generating a second energy beam 11.2.
  • the manufacturing device 1 has a separate scanner device 13 for each energy beam 11, namely a first scanner device 13.1 for the first energy beam 11.1 and a second scanner device 13.2 for the second energy beam 11.2.
  • the production device 1 has a coating device 16, in particular in the form of a slider, wherein the coating device 16 can be displaced along a coating displacement direction, here in particular along a transverse axis also referred to as the x-axis, over the work area 15 in order to coat the work area 15 with powder material.
  • the production device 1 also has a protective gas device 17, which is set up to generate a protective gas flow with a defined protective gas flow direction, represented by an arrow P, along a flow axis, also referred to as the y-axis, over the work area 15.
  • the production device 1 also has a control device 19, in particular designed as a computing device 8, which is operatively connected to the at least one scanner device 13 and preferably also to the at least one beam generating device 9 and is set up to control the at least one scanner device 13 and optionally the at least one beam generating device 9.
  • the control device 19 is designed to carry out a method described in more detail below for planning the locally selective irradiation of the work area 15 with the energy beams 11, also referred to as the planning method for short.
  • control device 19 has the planning device 7, which is designed in particular as a further computing device 10 and is set up accordingly to carry out the planning method.
  • control device 19 itself to be designed as the planning device 7.
  • planning method it is also possible for the planning method to be carried out on a planning device 7 provided separately from the production device 1.
  • the control device 19 is preferably also operatively connected to the coating device 16 in a manner not shown here in order to control the coating device 16 for coating the working area 15 with powder material.
  • the production device 1 is in particular designed to build up the at least one component 3 layer by layer from a plurality of powder material layers arranged in a layer sequence in the work area 15.
  • the work area 15, in particular in the form of a powder bed, is arranged on a construction platform, which is gradually lowered in the opposite direction to a vertical direction as the successive powder material layers are provided in the work area 15.
  • the powder material 5 forming the next powder material layer is applied by means of the coating device 16, which is in particular designed as a wiper or slider, from a Area of a storage cylinder along the x-axis into the working area 15 and distributed and smoothed there by the coating device 16 so that the current powder material layer is provided.
  • the at least one component 3 is built up layer by layer, i.e. layer by layer.
  • an irradiation plan obtained using the planning method described below is provided for the locally selective irradiation of the work area 15 with the at least one energy beam 11, and the at least one component 3 is manufactured according to the irradiation plan provided.
  • the irradiation plan is preferably provided by carrying out the planning method, in particular by the planning device 7.
  • a temporal irradiation sequence of irradiating a plurality of irradiation areas 21 with the at least one energy beam 11 for at least one powder material layer is determined on the basis of at least two sequence criteria, wherein a first sequence criterion is used that irradiation areas 21 which have a smaller x-coordinate value along the x-axis are irradiated before irradiation areas 21 which have a larger x-coordinate value along the x-axis, wherein a second sequence criterion is used that irradiation areas 21 which have a larger y-coordinate value along the y-axis are irradiated before irradiation areas 21 which have a smaller y-coordinate value along the y-axis.
  • a temporal irradiation sequence is determined for a plurality of the powder material layers.
  • an irradiation plan is obtained for a plurality of the powder material layers.
  • this procedure is carried out for all powder material layers of the plurality of powder material layers.
  • each energy beam 11 of a plurality of energy beams 11 is assigned a displacement region 23 in the working region 15.
  • the first energy beam 11.1 is assigned a first displacement region 23.1
  • the second energy beam 11.2 is assigned a second displacement area 23.2 is assigned.
  • the displacement areas 23.1, 23.2 are arranged next to one another transversely, here in particular along the x-axis above the working area 15 and extend along the y-axis, being separated from one another by an imaginary boundary line 25.
  • the imaginary boundary line 25 is here a boundary line that runs parallel to the y-axis.
  • first irradiation regions 21.1 are arranged in the first displacement region 23.1, with four first irradiation regions 21.1 being shown schematically here, of which only one is identified with the corresponding reference symbol for the sake of better clarity.
  • second irradiation regions 21.2 are arranged in the second displacement region 23.2, with four second irradiation regions 21.2 also being shown schematically here, of which only one is identified with the corresponding reference symbol for the sake of better clarity.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of a method for planning a locally selective irradiation of the working area 15 with the energy beams 11.
  • a second step S2 the respectively assigned x-coordinate values are determined for all irradiation areas 21 in the current powder material layer n, wherein in particular for each irradiation area 21 the smallest x-coordinate value or - expressed in other words - the point of an edge of the respective irradiation area 21 arranged furthest to the left on the x-axis according to Figure 1 is used.
  • the method is then carried out separately, in particular in parallel, for each displacement region 23 (VL), as is explained below by way of example for a displacement region 23 in the block BL in Figure 2.
  • a fifth step S5 it is checked whether the test irradiation area B can be clearly determined. If this is not the case, in a sixth step S6 the irradiation area which has the largest y coordinate value in addition to the smallest x coordinate value is determined as the test irradiation area B, whereby here too the largest y coordinate value or - in other words - the point of the edge of the respective irradiation area 21 which is located furthest up on the y axis according to Figure 1 is used for each irradiation area 21 considered.
  • a seventh step S7 checks whether there is no further irradiation area 21 that has not yet been sorted into the irradiation sequence in a first blocking area in the direction of the protective gas flow downstream of the test irradiation area B, i.e. along the y-axis behind the test irradiation area B. This criterion is also referred to as the shadow casting criterion.
  • the steps S4 to S8 can be iterated in particular until a test irradiation area B is found for which the shadow casting criterion is met in the seventh step S7.
  • an eleventh step SI 1 it is then checked whether there are still irradiation areas 21 for which the sequence status R has the value 0, i.e. which have not yet been sorted into the irradiation sequence. If this is the case, the method is continued in the fourth step S4. In this way, the irradiation areas 21 are successively sorted into the irradiation sequence. If, on the other hand, there are no longer any irradiation areas 21 for which the sequence status R has the value 0, this means that all irradiation areas 21 of the considered relocation area 23 have been sorted into the irradiation sequence.
  • the method then continues in a twelfth step S12.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a first application of the planning method according to Figure 2 to the work area 15.
  • Figure 3 shows an embodiment in which the energy beams 11 are assigned separate displacement regions 23 in such a way that the energy beams 11 are only displaced in the displacement regions 23 assigned to them.
  • the first energy beam 11.1 can only be displaced in the first displacement region 23.1 and not in the second displacement region 23.2.
  • the second energy beam 11.2 can only be displaced in the second displacement region 23.2 and not in the first displacement region 23.1.
  • the immediately adjacent displacement regions 23.1, 23.2 are separated from one another by the imaginary boundary line 25.
  • the application of the planning method according to Figure 2 to the irradiation areas 21 shown in Figure 3 leads directly to an irradiation sequence in the first relocation area 23.1 in which a first irradiation area 21.1.1 is irradiated first, then a second irradiation area 21.1.2, then a third irradiation area 21.1.3, then a fourth irradiation area 21.1.4.
  • an irradiation sequence results in the second relocation area 23.2 in which a first second irradiation area 21.2.1 is irradiated first, then a second second irradiation area 21.2.2, then a third second irradiation area 21.2.3, then a fourth second irradiation area 21.2.4.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a second application of the planning method according to Figure 2 to the work area 15.
  • Figure 4 shows an embodiment in which the energy beams 11 are assigned to displacement regions 23 which overlap in some areas.
  • Overlap area 27 is defined by the fact that both energy beams 11.1, 11.2 can be displaced in the overlap area 27. Otherwise - outside the overlap area 27 - the displacement of the energy beams 11.1, 11.2 is limited to the respectively assigned displacement areas 23.1, 23.2.
  • the first displacement area 23.1 is limited here by a first imaginary boundary line 25.1 - to the right in the figure; the second displacement area 23.2 is limited by a second imaginary boundary line 25.2 - to the left in the figure.
  • a first application of the planning method according to Figure 2 to the irradiation areas 21 shown in Figure 4 leads - as shown in a) - initially to a first irradiation sequence for the first displacement area 23.1, in which a first first irradiation area 21.1.1 is first irradiated by the first energy beam 11.1, then a second first irradiation area 21.1.2, then a third first irradiation area 21.1.3; at the same time, a first irradiation sequence results for the second displacement area 23.2, in which a first second irradiation area 21.2.1 is first irradiated by the second energy beam 11.2, then a second second irradiation area 21.2.2, then a third second irradiation area 21.2.3, then a fourth second irradiation area 21.2.4, and then a fifth second irradiation area 21.2.5.
  • a second irradiation sequence results, in which a first second irradiation region 21.2.1 is first irradiated by the second energy beam 11.2, then a second second irradiation region 21.2.2, then a third second irradiation region 21.2.3, then a fourth second
  • the arrangement of the irradiation areas 21 in the work area 15 can be changed on the basis of the first irradiation sequences, whereby a changed arrangement of the irradiation areas 21 is obtained.
  • the second irradiation sequence can be determined for the changed arrangement of the irradiation areas 21.
  • the irradiation areas 21 can be arranged in a nested or staggered manner in the overlap area 27 between the overlapping displacement areas 23, whereby the working area 15 can be used very efficiently.
  • a first blocking region 29 - shown only schematically at a) for the second irradiation region 21.2.2 - is defined on the working region 15, wherein irradiation with an energy beam 11 is only released for the irradiation region 21 arranged at the region position if either no other irradiation region 21 is arranged in the first blocking region 29, or if other irradiation regions 21 arranged in the first blocking region 29 have already been irradiated.
  • a second blocking area (not shown) is defined on the working area 15, wherein for the second blocking area, irradiation with another energy beam 11 is blocked.
  • a second blocking area is defined for each of the energy beams 11.
  • the irradiation areas 21 are arranged in the work area 15, in particular in the displacement areas 23, before the temporal sequence of the irradiation is determined, wherein a first temporal irradiation sequence is determined, wherein the arrangement of the irradiation areas 21 in the work area 15 is changed based on the first irradiation sequence, wherein a changed arrangement of the irradiation areas 21 is obtained.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit mindestens einem Energiestrahl (11), um mittels des mindestens einen Energiestrahls (11) mindestens ein Bauteil (3) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials (5) herzustellen, wobei ˗ eine zeitliche Bestrahlungsreihenfolge einer Bestrahlung einer Mehrzahl an Bestrahlungsbereichen (21) mit dem mindestens einen Energiestrahl (11) für mindestens eine Pulvermaterialschicht anhand von mindestens zwei Reihenfolge-Kriterien bestimmt wird, wobei ˗ als ein erstes Reihenfolge-Kriterium verwendet wird, dass Bestrahlungsbereiche (21), die entlang einer quer zu einer vorbestimmten Schutzgas-Strömungsrichtung über dem Arbeitsbereich (15) ausgerichteten Querachse einen kleineren Querachsen- Koordinatenwert aufweisen, zeitlich vor Bestrahlungsbereichen (21) bestrahlt werden, die entlang der Querachse einen größeren Querachsen-Koordinatenwert aufweisen, wobei ˗ als ein zweites Reihenfolge-Kriterium verwendet wird, dass Bestrahlungsbereiche (21), die entlang einer in Schutzgas-Strömungsrichtung weisenden Strömungsachse einen größeren Strömungsachsen-Koordinatenwert aufweisen, zeitlich vor Bestrahlungsbereichen (21) bestrahlt werden, die entlang der Strömungsachse einen kleineren Strömungsachsen-Koordinatenwert aufweisen, wobei ˗ ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs (15) mit dem mindestens einen Energiestrahl (11) in der mindestens einen Pulvermaterialschicht erhalten wird.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren und Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, sowie Verfahren und Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, sowie ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial.
Eine lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, um mittels des Energiestrahls mindestens ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen, kann derart geplant werden, dass verschiedene Bestrahlungsbereiche innerhalb einer Pulvermaterialschicht entgegen einer vorbestimmten Schutzgas- Strömungsrichtung über dem Arbeitsbereich zeitlich nacheinander bestrahlt werden. Auf diese Weise wird eine Beeinträchtigung noch nicht bestrahlter Bestrahlungsbereiche durch Material, das von der Schutzgasströmung aus bestrahlten Bestrahlungsbereichen herausgetragen wird, zumindest weitgehend vermieden. Allerdings kann eine Beschichtungsvorrichtung, die vorgesehen ist, um eine jeweils nächste Pulvermaterialschicht auf den Arbeitsbereich aufzubringen, typischerweise erst mit dem Beschichten beginnen, wenn die Bestrahlung auch des letzten Bestrahlungsbereichs der vorherigen Pulvermaterialschicht abgeschlossen ist. Dies steht einer weiteren Erhöhung der Produktivität entgegen.
Wird eine Mehrzahl an Energie strahl en zur Bestrahlung des Arbeitsbereichs eingesetzt, kann jedem Energiestrahl jeweils ein Verlagerungsbereich in dem Arbeitsbereich zugeordnet werden, wobei vorgesehen sein kann, dass jeweils innerhalb desselben Verlagerungsbereichs angeordnete Bestrahlungsbereiche entgegen der vorbestimmten Schutzgas- Strömungsrichtung bestrahlt werden. Dabei kann es aber vorkommen, dass Energie strahl en in benachbarten Verlagerungsbereichen mit zu geringem Abstand zueinander arbeiten, sodass ein aktuell von einem ersten Energiestrahl bestrahlter erste Bestrahlungsbereich durch die Bearbeitung eines von einem zweiten Energiestrahl in der Nähe bestrahlten zweiten Bestrahlungsbereichs nachteilig beeinflusst wird. Eine nachteilige Beeinflussung kann dabei insbesondere durch eine den ersten Energiestrahl defokussierende Rauch- oder Schmauchfahne des zweiten Energiestrahls oder durch aus dem zweiten Bestrahlungsbereich ausgeworfenes Material, beispielsweise durch Spritzer, entstehen. Grundsätzlich kann dieses Problem durch Einführung von Wartezeiten in der Bestrahlung mit den verschiedenen Energiestrahlen zumindest gelindert werden; solche Wartezeiten haben allerdings einen nicht unerheblichen Produktivitätsverlust zur Folge, wobei die Bestrahlung des Arbeitsbereichs eine verringerte zeitliche Effizienz aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, sowie ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial zu schaffen, wobei die genannten Nachteile reduziert, vorzugsweise vermieden werden.
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 ein - insbesondere computer-implementiertes, im Folgenden auch als Planungsverfahren bezeichnetes - Verfahren zum - insbesondere computerimplementierten - Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, um mittels des mindestens einen Energiestrahls mindestens ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen, geschaffen wird, wobei eine zeitliche Bestrahlungsreihenfolge einer Bestrahlung einer Mehrzahl an Bestrahlungsbereichen mit dem mindestens einen Energiestrahl für mindestens eine Pulvermaterialschicht anhand von mindestens zwei Reihenfolge-Kriterien bestimmt wird, wobei als ein erstes Reihenfolge-Kriterium verwendet wird, dass Bestrahlungsbereiche, die entlang einer quer zu einer vorbestimmten Schutzgas- Strömungsrichtung über dem Arbeitsbereich ausgerichteten Querachse einen kleineren Querachsen-Koordinatenwert aufweisen, zeitlich vor Bestrahlungsbereichen bestrahlt werden, die entlang der Querachse einen größeren Querachsen- Koordinatenwert aufweisen, wobei als ein zweites Reihenfolge-Kriterium verwendet wird, dass Bestrahlungsbereiche, die entlang einer in Schutzgas- Strömungsrichtung weisenden Strömungsachse einen größeren Strömungsachsen-Koordinatenwert aufweisen, zeitlich vor Bestrahlungsbereichen bestrahlt werden, die entlang der Strömungsachse einen kleineren Strömungsachsen-Koordinatenwert aufweisen. Insbesondere wird auf diese Weise ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit dem mindestens einen Energiestrahl in der mindestens einen Pulvermaterialschicht erhalten. Insbesondere die Implementierung des ersten Reihenfolge-Kriteriums erlaubt eine geordnete Bestrahlung der verschiedenen Bestrahlungsbereiche quer zu der Schutzgas- Strömungsrichtung und damit insbesondere entlang einer Achse, entlang der typischerweise eine Beschichtungsvorrichtung verlagert wird, um eine neue Pulvermaterialschicht auf dem Arbeitsbereich anzuordnen. Dies wiederum ermöglicht nun vorteilhaft eine Steigerung der Produktivität der Fertigung, indem die Bestrahlungsreihenfolge insbesondere derart gewählt werden kann, dass die Beschichtungsvorrichtung bereits mit dem Aufbringen der neuen Pulvermaterialschicht beginnen kann, während noch Bestrahlungsbereiche der vorhergehenden Pulvermaterialschicht bestrahlt werden.
Insbesondere wird die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge anhand von genau zwei Reihenfolge- Kriterien bestimmt, nämlich - ausschließlich - anhand des ersten Reihenfolge-Kriteriums und des zweiten Reihenfolge-Kriteriums.
In einer Ausführungsform werden das erste Reihenfolge-Kriterium und das zweite Reihenfolge- Kriterium gewichtet. Insbesondere ist es möglich, dass das erste Reihenfolge-Kriterium stärker gewichtet wird als das zweite Reihenfolge-Kriterium, sodass die Reihenfolge der Bestrahlung der Bestrahlungsbereiche primär entlang der Querachse und nur sekundär entgegen der Strömungsachse bestimmt wird. In einer Ausführungsform werden die Reihenfolge-Kriterien explizit gewichtet, insbesondere durch Vorgabe bestimmter Gewichtungsfaktoren. In einer anderen Ausführungsform werden die Reihenfolge-Kriterien implizit gewichtet, insbesondere indem Entscheidungsregeln für die Bestimmung der zeitlichen Reihenfolge vorgegeben werden, aus denen sich eine entsprechende Gewichtung ergibt.
Insbesondere erstreckt sich die Querachse senkrecht zu der Strömungsachse. Insbesondere spannen die Querachse und die Strömungsachse ein kartesisches Koordinatensystem in der Ebene des Arbeitsbereichs auf, wobei im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit die Querachse auch als x-Achse und die Strömungsachse auch als y-Achse bezeichnet wird. Entsprechend werden Querachsen-Koordinatenwerte auch als x-Koordinatenwerte und Strömungsachsen-Koordinatenwerte auch als y-Koordinatenwerte bezeichnet. Insbesondere nehmen die y-Koordinatenwerte auf der Strömungsachse in Schutzgas- Strömungsrichtung zu. Insbesondere ist ein Bestrahlungsbereich mit größerem y-Koordinatenwert in Schutzgas- Strömungsrichtung stromabwärts eines Bestrahlungsbereichs mit kleinerem y- Koordinatenwert angeordnet; umgekehrt ist ein Bestrahlungsbereich mit kleinerem y- Koordinatenwert in Schutzgas-Strömungsrichtung stromaufwärts eines Bestrahlungsbereichs mit größerem y-Koordinatenwert angeordnet. Ein erster Bestrahlungsbereich, der stromaufwärts eines zweiten Bestrahlungsbereichs angeordnet ist, wird dabei zuerst von einem bestimmten Volumenelement der Schutzgasströmung überstrichen, bevor das bestimmte Volumenelement den zweiten Bestrahlungsbereich erreicht. Der zweite Bestrahlungsbereich, der nach dem ersten Bestrahlungsbereich durch das bestimmte Volumenelement überstrichen wird, ist stromabwärts des ersten Bestrahlungsbereichs angeordnet.
In einer Ausführungsform wird einem Bestrahlungsbereich sein jeweiliger Koordinatenwert an dem äußersten Rand des Bestrahlungsbereichs entlang der jeweiligen Koordinate zugewiesen. Insbesondere ist der einem Bestrahlungsbereich zum Zweck der Bestimmung der Bestrahlungsreihenfolge zugeordnete x-Koordinatenwert der kleinste x-Koordinatenwert des in dem Arbeitsbereich flächig ausgedehnten Bestrahlungsbereichs; alternativ oder zusätzlich ist der einem Bestrahlungsbereich zum Zweck der Bestimmung der Bestrahlungsreihenfolge zugeordnete y-Koordinatenwert der größte y-Koordinatenwert des Bestrahlungsbereichs.
Alternativ kann in einer anderen Ausführungsform für die Zuordnung der Koordinatenwerte jeweils ein Schwerpunkt oder Mittelpunkt des betrachteten Bestrahlungsbereichs verwendet werden.
Unter einem Bestrahlungsbereich wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Bereich oder Abschnitt des Arbeitsbereichs verstanden, in dem bestimmungsgemäß Pulvermaterial durch Bestrahlung mit einem Energiestrahl verfestigt werden soll. Insbesondere ist auf dem Arbeitsbereich eine Mehrzahl an Bestrahlungsbereichen angeordnet, die insbesondere voneinander beabstandet und durch nicht zu verfestigendes Pulvermaterial, das heißt insbesondere nicht zu bestrahlende Bereiche, voneinander getrennt sind. Insbesondere sind die verschiedenen Bestrahlungsbereiche voneinander separat.
Verschiedene Bestrahlungsbereiche der Mehrzahl an Bestrahlungsbereichen können verschiedenen Bauteilen zugeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können verschiedene Bestrahlungsbereiche der Mehrzahl an Bestrahlungsbereichen einem gemeinsamen Bauteil zugeordnet sein; die verschiedenen Bestrahlungsbereiche bilden dann insbesondere Inseln des gemeinsamen Bauteils auf dem Arbeitsbereich.
Unter einem additiven oder generativen Fertigen oder 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 Lasersintern, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), einem selektiven Elektronenstrahlschmelzen ((Selective) Electron Beam Melting - (S)EBM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die Fertigungsvorrichtung ist demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten additiven oder generativen Fertigungsverfahren.
Der mindestens eine Energiestrahl ist insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem elektromagnetischen Strahl, insbesondere einem optischen Arbeitsstrahl, insbesondere einem Laserstrahl, und einem Teilchenstrahl, insbesondere einem Elektronenstrahl. Der Energiestrahl kann kontinuierlich oder gepulst sein, insbesondere kontinuierliche Laserstrahlung oder gepulste Laserstrahlung. In einer Ausführungsform sind alle Energiestrahlen Laserstrahlen.
Insbesondere kann im Rahmen des Planungsverfahrens eine lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen geplant werden, um mittels der Mehrzahl an Energiestrahlen ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen.
Insbesondere wird für eine Mehrzahl der Pulvermaterialschichten jeweils eine zeitliche Reihenfolge der Bestrahlung der Mehrzahl an Bestrahlungsbereichen mit dem mindestens einen Energiestrahl festgelegt. Insbesondere wird so ein Bestrahlungsplan für eine Mehrzahl der Pulvermaterialschichten erhalten. Insbesondere wird diese Vorgehensweise für alle Pulvermaterialschichten der Mehrzahl an Pulvermaterialschichten durchgeführt. Insbesondere wird so ein Bestrahlungsplan für alle Pulvermaterialschichten erhalten. Insbesondere wird das Verfahren iterativ - Pulvermaterialschicht für Pulvermaterialschicht - durchgeführt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Querachse entlang einer Beschichtungs-Verlagerungsrichtung der zur Beschichtung des Arbeitsbereichs mit Pulvermaterial eingerichteten Beschichtungsvorrichtung ausgerichtet ist. Insbesondere auf diese Weise kann vorteilhaft ein zeitlicher Überlapp zwischen der Beschichtung des Arbeitsbereichs mit Pulvermaterial und der Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit dem mindestens einen Energiestrahl geschaffen werden, wobei insbesondere die Beschichtungsvorrichtung auf einer ersten Seite des Arbeitsbereichs aus einer Ruhestellung heraus bereits mit dem Auftrag der nächsten Pulvermaterialschicht beginnt, während auf einer der ersten Seite entlang der Beschichtungs- Verlagerungsrichtung gegenüberliegenden zweiten Seite noch Bestrahlungsbereiche mit dem mindestens einen Energiestrahl bestrahlt werden. Dies ermöglicht eine besonders hohe Produktivität der Fertigung. Um den Arbeitsbereich mit Pulvermaterial zu beschichten, wird die Beschichtungsvorrichtung ausgehend von ihrer Ruhestellung von der ersten Seite zu der zweiten Seite des Arbeitsbereichs verlagert; insbesondere wird sie anschließend wieder in die Ruhestellung zurückverlagert. Insbesondere nimmt der x-Koordinatenwert auf der Querachse ausgehend von der ersten Seite, auf der die Beschichtungsvorrichtung in ihrer Ruhestellung angeordnet ist, in Richtung der gegenüberliegenden zweiten Seite zu. Somit sind solche Bestrahlungsbereiche, denen niedrigere x-Koordinatenwerte zugeordnet sind, näher an der Ruhestellung der Beschichtungsvorrichtung angeordnet, als solche Bestrahlungsbereiche, denen höhere x- Koordinatenwerte zugeordnet sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bestrahlungsbereiche sukzessive in die Bestrahlungsreihenfolge einsortiert werden, wobei aus den noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierten Bestrahlungsbereichen mindestens ein Test- Bestrahlungsbereich mit kleinstem x-Koordinatenwert gesucht wird, wobei der Test- Bestrahlungsbereich in die Bestrahlungsreihenfolge einsortiert wird, wenn der Test- Bestrahlungsbereich eindeutig bestimmt werden kann und in einem ersten Sperrbereich in Schutzgas- Strömungsrichtung stromabwärts des Test-Bestrahlungsbereichs kein weiterer noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierter Bestrahlungsbereich angeordnet ist. Durch die Suche des Test-Bestrahlungsbereichs mit kleinstem x-Koordinatenwert wird gewährleistet, dass in primärer Hinsicht stets der entlang der Querachse nächste Bestrahlungsbereich auch der zeitlich als nächstes bestrahlte Bestrahlungsbereich in der Bestrahlungsreihenfolge sein wird. Durch das - im Folgenden auch als Schattenwurf-Kriterium bezeichnete - kumulativ angewendete Kriterium, dass in dem ersten Sperrbereich kein weiterer noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierter Bestrahlungsbereich angeordnet sein darf, wird in sekundärer Hinsicht die Reihenfolge der Bestrahlungsbereiche entgegen der Schutzgas-Strömungsrichtung gewählt und so insbesondere eine Beeinträchtigung noch nicht bestrahlter Bereiche der Pulvermaterialschicht durch in Schutzgas- Strömungsrichtung fortgetragene Spritzer vermieden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass, wenn der Test- Bestrahlungsbereich nicht eindeutig bestimmt werden kann, derjenige Bestrahlungsbereich der noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierten Bestrahlungsbereiche als der Test- Bestrahlungsbereich bestimmt wird, der den kleinsten x-Koordinatenwert und zugleich den größten y-Koordinatenwert aufweist. Werden also mehrere Bestrahlungsbereiche mit identischem kleinsten x-Koordinatenwert gefunden, sodass die Zuweisung des Test-Bestrahlungsbereichs mehrdeutig ist, wird aus den infrage kommenden Bestrahlungsbereichen, die den gleichen kleinsten x-Koordinatenwert aufweisen, derjenige Bestrahlungsbereich als Test- Bestrahlungsbereich bestimmt, der zusätzlich den größten y-Koordinatenwert aufweist. Insbesondere durch diese Anweisung wird implizit die Bestrahlung entgegen der Schutzgas- Strömungsrichtung als sekundäres Reihenfolge-Kriterium umgesetzt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass, wenn in dem ersten Sperrbereich in Schutzgas- Strömungsrichtung stromabwärts des Test-Bestrahlungsbereichs ein weiterer, noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierter Bestrahlungsbereich angeordnet ist, der Test- Bestrahlungsbereich als ein ruhender Test-Bestrahlungsbereich vorläufig bei der Suche nach Test- Bestrahlungsbereichen außer Acht gelassen wird, wobei aus den verbleibenden, noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierten Bestrahlungsbereichen ein weiterer Test- Bestrahlungsbereich gesucht wird, wobei insbesondere der ruhende Test-Bestrahlungsbereich wieder in die Suche nach Test-Bestrahlungsbereichen einbezogen wird, sobald ein nächster Test- Bestrahlungsbereich in die Bestrahlungsreihenfolge einsortiert wird. Diese Vorgehensweise kann insbesondere so lange iteriert werden, bis ein weiterer Test-Bestrahlungsbereich gefunden wird, der sowohl eindeutig bestimmt werden kann als auch das Schattenwurf-Kriterium erfüllt; dieser weitere Test-Bestrahlungsbereich wird dann als nächster Test-Bestrahlungsbereich in die Bestrahlungsreihenfolge einsortiert, und alle zwischenzeitlich als ruhende Test- Bestrahlungsbereiche vorläufig bei der Suche nach Test-Bestrahlungsbereichen außer Acht gelassen Bestrahlungsbereiche werden wieder aktiviert, das heißt in die nächste Suche nach Test- B estrahlungsb erei chen einb ezogen .
Insbesondere wird ein ruhender Test-Bestrahlungsbereich in einer Ausführungsform des Verfahrens als nicht bestrahlbar markiert, insbesondere durch Setzen eines bestimmten Werts einer bestimmten Variable, beispielsweise eines Flags. Alternativ oder zusätzlich wird der ruhende Test- Bestrahlungsbereich vorläufig aus einer Liste der noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierten Bestrahlungsbereiche entfernt. Durch beide Maßnahmen kann sichergestellt werden, dass der ruhende Test-Bestrahlungsbereich vorläufig nicht erneut aufgefunden wird. Wenn dann der nächste Test-Bestrahlungsbereich gefunden und in die Bestrahlungsreihenfolge einsortiert wurde, wird der bestimmte Wert der bestimmten Variable wieder zurückgesetzt, und/oder der ruhende Test-Bestrahlungsbereich wird wieder in die Liste der noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierten Bestrahlungsbereiche eingefügt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren für eine Mehrzahl an Energiestrahlen durchgeführt wird, um mittels der Mehrzahl an Energiestrahlen das mindestens eine Bauteil herzustellen, wobei jedem Energiestrahl der Mehrzahl an Energiestrahlen mindestens ein Verlagerungsbereich, insbesondere jeweils ein Verlagerungsbereich, in dem Arbeitsbereich zugeordnet wird, wobei die Verlagerungsbereiche quer zu der vorbestimmten Schutzgas- Strömungsrichtung - insbesondere entlang der Querachse - über dem Arbeitsbereich nebeneinander angeordnet werden und sich entlang der Schutzgas- Strömungsrichtung - insbesondere entlang der Strömungsachse - erstrecken, wobei die Bestimmung der zeitlichen Bestrahlungsreihenfolge der in den Verlagerungsbereichen jeweils angeordneten Bestrahlungsbereiche für die Verlagerungsbereiche jeweils separat durchgeführt wird. Insbesondere wird auf diese Weise vorteilhaft automatisch eine zu große Annäherung benachbarter Energiestrahlen aneinander verhindert. Hierdurch wird wiederum vorteilhaft eine wechselseitige Beeinträchtigung von Bestrahlungsbereichen, die durch benachbarte Energie strahl en bestrahlt werden, zumindest weitgehend vermieden, vorzuweise vollständig verhindert, ohne dass es hierfür der Einführung von Wartezeiten bedarf. Die Fertigung von Bauteilen kann somit insbesondere sehr effizient durchgeführt werden.
Insbesondere wird die Bestimmung der zeitlichen Bestrahlungsreihenfolge für die Verlagerungsbereiche unabhängig durchgeführt, das heißt die Bestimmung der Bestrahlungsreihenfolge in einem Verlagerungsbereich hängt nicht von der Bestimmung oder dem Ergebnis der Bestimmung der Bestrahlungsreihenfolge in einem anderen Verlagerungsbereich ab.
In einer Ausführungsform wird die Bestimmung der zeitlichen Bestrahlungsreihenfolge für die Verlagerungsbereiche parallel durchgeführt. In einer anderen Ausführungsform wird die Bestimmung der Bestrahlungsbereiche für die Verlagerungsbereiche nacheinander, Verlagerungsbereich für Verlagerungsbereich, durchgeführt. Unter einem Verlagerungsbereich wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Bereich oder Abschnitt des Arbeitsbereichs verstanden, in dem ein dem Verlagerungsbereich zugeordneter Energiestrahl der Mehrzahl an Energiestrahlen verlagert werden kann oder verlagert werden darf. Es ist möglich, dass die Verlagerung des Energiestrahls technisch - insbesondere hardwaretechnisch - auf den zugeordneten Verlagerungsbereich beschränkt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Ansteuerung einer für die Verlagerung des Energiestrahls vorgesehenen Scannervorrichtung - insbesondere softwaretechnisch - derart beschränkt sein, dass der Energiestrahl nur in dem ihm zugeordneten Verlagerungsbereich verlagert werden kann.
Insbesondere werden die Verlagerungsbereiche den Energiestrahlen eindeutig zugeordnet. Insbesondere werden die Verlagerungsbereiche den Energiestrahlen eineindeutig, das heißt bijektiv, zugeordnet. Dies bedeutet insbesondere, dass jedem Energiestrahl genau ein und nur ein Verlagerungsbereich zugeordnet wird, wobei zugleich jedem Verlagerungsbereich genau ein und nur ein Energiestrahl zugeordnet wird.
Insbesondere sind die Verlagerungsbereiche senkrecht zu der vorbestimmten Schutzgas- Strömungsrichtung - entlang der Querachse - über dem Arbeitsbereich nebeneinander angeordnet und erstrecken sich jeweils entlang der vorbestimmten Schutzgas-Strömungsrichtung, das heißt entlang der Strömungsachse.
Insbesondere ist in mindestens zwei Verlagerungsbereichen der Mehrzahl an Verlagerungsbereichen jeweils eine Mehrzahl an Bestrahlungsbereichen angeordnet. Insbesondere ist in jedem Verlagerungsbereich jeweils eine Mehrzahl an Bestrahlungsbereichen angeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass den Energie strahl en separate Verlagerungsbereiche zugewiesen werden, derart, dass die Energie strahl en nur in den ihnen jeweils zugeordneten Verlagerungsbereichen verlagert werden. Insbesondere kann dabei jeder Energiestrahl jeweils ausschließlich in dem ihm zugeordneten Verlagerungsbereich verlagert werden und nicht in einem anderen, einem anderen Energiestrahl zugeordneten Verlagerungsbereich. Dies erlaubt vorteilhaft eine besonders einfache und wenig rechenintensive Durchführung des Verfahrens.
Insbesondere sind einander unmittelbar benachbarte Verlagerungsbereiche durch eine gedachte Grenzlinie voneinander abgegrenzt. In einer Ausführungsform verläuft die gedachte Grenzlinie parallel zu der vorbestimmten Schutzgas-Strömungsrichtung, insbesondere zu der Strömungsachse. Insbesondere ist die gedachte Grenzlinie eine Grenzgerade, die sich insbesondere parallel zu der Strömungsachse erstreckt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass den Energiestrahlen bereichsweise überlappende Verlagerungsbereiche zugewiesen werden. Insbesondere ist ein zwischen zwei einander unmittelbar benachbarten Verlagerungsbereichen angeordneter Überlappbereich dadurch definiert, dass beide den einander unmittelbar benachbarten Verlagerungsbereichen jeweils zugeordnete Energie strahl en in dem Überlappbereich verlagert werden können; der Überlappbereich ist also für beide Energiestrahlen zugänglich. Dies erlaubt vorteilhaft eine besonders flexible Ausgestaltung des Verfahrens und insbesondere eine flexible Anordnung der Bestrahlungsbereiche relativ zueinander, die insbesondere auch verschachtelt oder gestaffelt in dem Überlappbereich angeordnet werden können. Dies wiederum erlaubt eine besonders effiziente Nutzung des Arbeitsbereichs und damit insgesamt eine effiziente Verfahrensführung bei der Herstellung von Bauteilen. Insbesondere ist jedem Verlagerungsbereich eine gedachte Grenzlinie zugeordnet, wobei die Grenzlinie eines Verlagerungsbereichs innerhalb eines benachbarten Verlagerungsbereichs angeordnet ist, und wobei zwei benachbarten Verlagerungsbereichen zugeordnete Grenzlinien zwischen sich den Überlappbereich einschließen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ausgehend von einer Bereichsposition eines Bestrahlungsbereichs der erste Sperrbereich auf dem Arbeitsbereich festgelegt wird, wobei für den an der Bereichsposition angeordneten Bestrahlungsbereich eine Bestrahlung mit einem Energiestrahl erst freigegeben wird, wenn entweder in dem ersten Sperrbereich kein anderer Bestrahlungsbereich angeordnet ist, oder wenn in dem ersten Sperrbereich angeordnete andere Bestrahlungsbereiche bestrahlt sind. Vorteilhaft kann auf diese Weise vermieden werden, dass in einen gegebenenfalls in dem ersten Sperrbereich angeordneten noch nicht bestrahlten Bestrahlungsbereich Material aus dem an der Bereichsposition angeordneten Bestrahlungsbereich eingetragen wird, beispielsweise Spritzer, Rauch oder Schmauch. Somit können qualitativ besonders hochwertige Bauteile hergestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ausgehend von einer Energiestrahlposition eines ersten Energiestrahls ein zweiter Sperrbereich auf dem Arbeitsbereich festgelegt wird, wobei für den zweiten Sperrbereich eine Bestrahlung mit einem zweiten Energiestrahl gesperrt ist. Vorteilhaft kann auf diese Weise vermieden werden, dass der erste Energiestrahl in einer Rauch- oder Schmauchfahne des zweiten Energiestrahls arbeitet und dadurch negativ beeinflusst, insbesondere abgelenkt oder defokussiert wird. Insbesondere ist jedem Energiestrahl ein solcher zweiter Sperrbereich zugeordnet.
Insbesondere wird der zweite Sperrbereich mit einer Verlagerung des ersten Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich verlagert. Der zweite Sperrbereich wandert also insbesondere mit dem ersten Energie strahl über den Arbeitsbereich.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bestrahlungsbereiche vor der Bestimmung der zeitlichen Bestrahlungsreihenfolge in dem Arbeitsbereich, insbesondere in den Verlagerungsbereichen, angeordnet werden, wobei eine erste zeitliche Bestrahlungsreihenfolge festgelegt wird, wobei anhand der bestimmten ersten Bestrahlungsreihenfolge die Anordnung der Bestrahlungsbereiche in dem Arbeitsbereich verändert wird, wobei eine veränderte Anordnung der Bestrahlungsbereiche erhalten wird. Insbesondere wird auf diese Weise - vorzugsweise iterativ - die Bestrahlung des Arbeitsbereichs optimiert. Insbesondere wird die Anordnung der Bestrahlungsbereiche in dem Arbeitsbereich - insbesondere iterativ - derart verändert, dass eine Gesamt-Bestrahlungszeit optimiert, insbesondere minimiert wird. Auf diese Weise kann ein den Bestrahlungsplan nutzendes Fertigungsverfahren sehr effizient ausgestaltet werden.
In einer Ausführungsform werden den Energiestrahlen bereichsweise überlappende Verlagerungsbereiche zugeordnet, und die Bestrahlungsbereiche werden vor der Bestimmung der zeitlichen Bestrahlungsreihenfolge in den Verlagerungsbereichen angeordnet, wobei die erste zeitliche Bestrahlungsreihenfolge festgelegt wird, wobei anhand der ersten Bestrahlungsreihenfolge die Anordnung der Bestrahlungsbereiche in dem Arbeitsbereich verändert wird, wobei eine veränderte Anordnung der Bestrahlungsbereiche erhalten wird. Vorteilhaft können insbesondere auf diese Weise die Bestrahlungsbereiche in dem wenigstens einen Überlappbereich zwischen einander überlappenden Verlagerungsbereichen verschachtelt oder gestaffelt angeordnet werden, wodurch der Arbeitsbereich sehr effizient genutzt werden kann. Dabei ist insbesondere unter der Annahme, dass jeder Energiestrahl ungefähr eine gleiche Zeit zur Bestrahlung eines gleichen Pulvermaterial-Volumens benötigt, anhand der ersten Bestrahlungsreihenfolge eine ungefähre momentane Position der Energiestrahlen für jeden Zeitpunkt der Bestrahlung bekannt oder ermittelbar. Dadurch kann - insbesondere durch Einführung des zweiten Sperrbereichs für die Energie strahl en - eine Beeinträchtigung der Energiestrahlen untereinander auch vermieden werden, ohne dass eine harte Grenzlinie zwischen den Verlagerungsbereichen notwendig ist. Je präziser dabei die Energiestrahlen gesteuert werden können beziehungsweise je genauer deren Positionen bekannt sind, desto breiter kann der jeweilige Überlappbereich gewählt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für die veränderte Anordnung der Bestrahlungsbereiche eine zweite zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Bestrahlungsbereiche festgelegt wird, wobei der Bestrahlungsplan erhalten wird. Insbesondere auf diese Weise wird - vorzugsweise iterativ - die Bestrahlung des Arbeitsbereichs optimiert. Insbesondere wird die zweite Bestrahlungsreihenfolge - insbesondere iterativ - derart festgelegt, dass die Gesamt- Bestrahlungszeit optimiert, insbesondere minimiert wird. Insbesondere auf diese Weise kann ein den Bestrahlungsplan nutzendes Fertigungsverfahren sehr effizient ausgestaltet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste zeitliche Bestrahlungsreihenfolge festgelegt wird, wobei anhand der ersten Bestrahlungsreihenfolge - insbesondere ohne Änderung der Anordnung der Bestrahlungsbereiche - eine zweite Bestrahlungsreihenfolge, insbesondere unter Berücksichtigung von mindestens einem Sperrbereich, insbesondere ausgewählt aus dem ersten Sperrbereich und dem zweiten Sperrbereich, und/oder unter Berücksichtigung von weiteren Parametern oder Kriterien, insbesondere einer Auslastung der einzelnen Energiestrahlen, festgelegt wird. Insbesondere wird auch auf diese Weise - vorzugsweise iterativ - die Bestrahlung des Arbeitsbereichs optimiert. Insbesondere wird die zweite Bestrahlungsreihenfolge - insbesondere iterativ - derart festgelegt, dass die Gesamt-Bestrahlungszeit optimiert, insbesondere minimiert wird. Insbesondere auch auf diese Weise kann ein den Bestrahlungsplan nutzendes Fertigungsverfahren sehr effizient ausgestaltet werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsplan als ein Datensatz für eine Ansteuerung einer Fertigungsvorrichtung, insbesondere einer im Folgenden noch beschriebenen erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung oder einer Fertigungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen, zum additiven Fertigen eines Bauteils aus dem Pulvermaterial erhalten wird. Unabhängig davon, ob das Verfahren auf einer separat zu einer Fertigungsvorrichtung angeordneten Planungsvorrichtung oder auf der Fertigungsvorrichtung selbst durchgeführt wird, wird der Bestrahlungsplan auf diese Weise in einfach handhabbarer, insbesondere maschinenlesbarer Form erhalten. Insbesondere ist es bevorzugt auch möglich, den als Datensatz erhaltenen Bestrahlungsplan zu exportieren und unabhängig von einer bestimmten Vorrichtung, beispielsweise verkörpert auf einem Datenträger oder virtuell über ein Netzwerk, zu transportieren, insbesondere zu übertragen. Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein - im Folgenden auch als Fertigungsverfahren bezeichnetes - Verfahren zum additiven Fertigen mindestens eines Bauteils aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines mithilfe eines erfindungsgemäßen Planungsverfahrens oder eines Planungsverfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, um das Bauteil mittels des mindestens einen Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials herzustellen, und Fertigen des mindestens einen Bauteils gemäß dem Bestrahlungsplan, insbesondere mittels der im Folgenden beschriebenen, erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung oder einer Fertigungsvorrichtung nach einer oder mehreren der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit dem Fertigungsverfahren ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren beschrieben wurden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsplan bereitgestellt wird, indem ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird. Somit umfasst das Fertigungsverfahren zugleich auch - insbesondere in Form von der eigentlichen Fertigung vorgelagerten Schritten - das Planungsverfahren.
Als der mindestens eine Energiestrahl wird vorzugsweise ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl verwendet.
Vorzugsweise wird das Bauteil mittels selektiven Lasersinterns und/oder selektiven Laserschmelzens gefertigt.
Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden.
Zur Erfindung gehört auch ein erstes Computerprogrammprodukt, umfassend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf einer Rechenvorrichtung durchgeführt wird, wenn das erste Computerprogrammprodukt auf der Rechenvorrichtung läuft. In Zusammenhang mit dem ersten Computerprogrammprodukt ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren oder dem Fertigungsverfahren beschrieben wurden.
Zur Erfindung gehört auch ein erster Datenträger, umfassend ein solches erstes Computerprogrammprodukt.
Zur Erfindung gehört auch ein zweites Computerprogrammprodukt, umfassend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Fertigungsverfahren oder ein Fertigungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf einer Rechenvorrichtung durchgeführt wird, wenn das zweite Computerprogrammprodukt auf der Rechenvorrichtung läuft. In Zusammenhang mit dem zweiten Computerprogrammprodukt ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren oder dem Fertigungsverfahren beschrieben wurden.
Zur Erfindung gehört auch ein zweiter Datenträger, umfassend ein solches zweites Computerprogrammprodukt.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Planungsvorrichtung zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, um mittels des mindestens einen Energiestrahls mindestens ein Bauteil aus einem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen, geschaffen wird, wobei die Planungsvorrichtung eingerichtet ist, um ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. In Zusammenhang mit der Planungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren oder dem Fertigungsverfahren beschrieben wurden.
Insbesondere kann die Planungsvorrichtung eingerichtet sein, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen zu planen.
In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung ausgebildet als eine Vorrichtung, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung eine RTC5- oder RTC6- Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung extern oder separat zu einer Fertigungsvorrichtung vorgesehen sein, wobei durch die Planungsvorrichtung vorzugsweise ein Datensatz erstellt wird, der dann in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines Datenträgers oder über ein Netzwerk, insbesondere über das Internet, oder über eine andere geeignete drahtlose oder kabelgebundene Übermittlungsform, an eine Fertigungsvorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung einer Fertigungsvorrichtung, übermittelt wird. Beispielsweise ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung aus CAD-Daten CAM-Daten, das heißt insbesondere einen Befehlsablauf, insbesondere ein NC-Programm, zur Steuerung der Fertigungsvorrichtung generiert, wobei dieser Befehlsablauf dann an die Fertigungsvorrichtung zu deren Steuerung übermittelt wird. Auch ist es möglich, dass der Planungsvorrichtung CAD-Daten eines Bauteils übergeben werden, wobei die Planungsvorrichtung hieraus den Befehlsablauf für die Fertigungsvorrichtung generiert. Die Planungsvorrichtung kann aber auch in eine Fertigungsvorrichtung integriert sein. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung in die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung integriert sein, oder die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung kann als Planungsvorrichtung ausgebildet sein, insbesondere durch Vorsehen einer geeigneten Hardwarekomponente und/oder durch Implementieren eines geeigneten Computerprogrammprodukts, insbesondere einer Software. Beispielsweise ist es möglich, dass der Fertigungsvorrichtung dann CAD-Daten eines herzustellenden Bauteils übergeben werden, wobei die Fertigungsvorrichtung selbst, insbesondere die in die Steuervorrichtung implementierte Planungsvorrichtung, aus den CAD-Daten entsprechende CAM-Daten beziehungsweise einen Befehlsablauf zur Steuerung der Fertigungsvorrichtung generiert. Es ist aber auch möglich, dass die Planungsvorrichtung eine Mehrzahl von Rechenvorrichtungen umfasst, wobei sie insbesondere physisch verteilt ausgebildet ist. Bevorzugt umfasst die Planungsvorrichtung dann eine Mehrzahl miteinander vernetzter Rechenvorrichtungen. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung als Datenwolke oder sogenannte Cloud ausgebildet sein, oder die Planungsvorrichtung ist Teil einer Datenwolke oder Cloud. Es ist in bevorzugter Ausgestaltung auch möglich, dass die Planungsvorrichtung einerseits mindestens eine zu der Fertigungsvorrichtung externe Rechenvorrichtung und andererseits die Fertigungsvorrichtung, insbesondere die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung, umfasst, wobei dann durch die Planungsvorrichtung durchgeführte Schritte teilweise auf der externen Rechenvorrichtung und teilweise auf der Fertigungsvorrichtung, insbesondere auf der Steuervorrichtung, durchgeführt werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Planungsvorrichtung nicht die vollständige Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, sondern nur Teile hiervon; insbesondere ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung nur denjenigen Teil der Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, der sich auf die zuvor beschriebenen Schritte und/oder Festlegungen bezieht. Andere Teile der Planung der lokal selektiven Bestrahlung können dagegen in anderen Rechenvorrichtungen, insbesondere in zu der Fertigungsvorrichtung externen Rechenvorrichtung, oder auch in der Fertigungsvorrichtung selbst, insbesondere deren Steuervorrichtung, oder aber auch in einer Datenwolke oder Cloud, durchgeführt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung von einer anderen Rechenvorrichtung erzeugte CAM-Daten oder einen Befehlsablauf, insbesondere ein NC-Programm, verändert, anpasst oder korrigiert.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, die mindestens eine Strahlerzeugungsvorrichtung aufweist, wobei die mindestens Strahlerzeugungsvorrichtung eingerichtet ist zum Erzeugen von mindestens einem Energiestrahl. Außerdem weist die Fertigungsvorrichtung mindestens eine Scannervorrichtung auf, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich lokal selektiv mit dem mindestens einen Energiestrahl zu bestrahlen, um mittels des mindestens einen Energiestrahls mindestens ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Weiterhin weist die Fertigungsvorrichtung eine Schutzgasvorrichtung auf, die eingerichtet ist, um eine Schutzgasströmung mit definierter Schutzgas-Strömungsrichtung über dem Arbeitsbereich zu erzeugen. Schließlich weist die Fertigungsvorrichtung eine Steuervorrichtung auf, die mit der mindestens einen Scannervorrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die mindestens eine Scannervorrichtung anzusteuern. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens oder eines Fertigungsverfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit der Fertigungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit Planungsverfahren oder dem Fertigungsverfahren beschrieben wurden.
Die Fertigungsvorrichtung weist insbesondere eine Beschichtungsvorrichtung auf, die entlang einer - insbesondere entlang der auch als x-Achse bezeichneten Querachse ausgerichteten - Beschichtungs-Verlagerungsrichtung über den Arbeitsbereich verlagerbar ist, um den Arbeitsbereich mit Pulvermaterial zu beschichten.
Bei einer Ausführungsform ist die Strahlerzeugungsvorrichtung eingerichtet, um eine Mehrzahl von Energie strahl en zu erzeugen, und/oder die Fertigungsvorrichtung weist eine Mehrzahl von Strahlerzeugungsvorrichtungen zur Erzeugung einer Mehrzahl von Energie strahl en auf. Es ist möglich, dass für die Mehrzahl von Energiestrahlen eine Mehrzahl von Scannervorrichtungen vorgesehen sind. Es ist aber auch möglich, dass die Scannervorrichtung eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von Energiestrahlen - insbesondere unabhängig voneinander - auf dem Arbeitsbereich zu verlagern. Insbesondere kann die Scannervorrichtung hierfür eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Scannern, insbesondere Scannerspiegeln, aufweisen.
Die Scannervorrichtung weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf. Die hier vorgeschlagenen Scannervorrichtungen 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 Fertigungsvorrichtung 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.
Die Steuervorrichtung 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 Steuervorrichtung eine RTC5- oder RTC6- Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.
Bevorzugt weist die mindestens eine Strahlerzeugungsvorrichtung mindestens einen Laser auf. Der mindestens eine Energiestrahl wird somit vorteilhaft als intensiver Strahl kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt. Bestrahlung bedeutet insoweit bevorzugt Belichtung.
Die Fertigungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintern. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungsvorrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen. Diese Ausgestaltungen der Fertigungsvorrichtung haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial mit einem Ausführungsbeispiel einer Planungsvorrichtung;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer ersten Anwendung des Planungsverfahrens gemäß Figur 2 auf einen Arbeitsbereich, und
Figur 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Anwendung des Planungsverfahrens gemäß Figur 2 auf einen Arbeitsbereich.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung 1 zum additiven Fertigen von wenigstens einem Bauteil 3 aus einem Pulvermaterial 5 mit einem Ausführungsbeispiel einer Planungsvorrichtung 7.
Die Fertigungsvorrichtung 1 weist mindestens eine vorzugsweise als Laser ausgebildete Strahlerzeugungsvorrichtung 9 auf, die eingerichtet ist zum Erzeugen von mindestens einem Energiestrahl 11, insbesondere einem Laserstrahl, hier insbesondere einer Mehrzahl an Energiestrahlen 11, sowie außerdem mindestens eine Scannervorrichtung 13, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich 15 lokal selektiv mit dem mindestens einen Energiestrahl 11 zu bestrahlen, um mittels des mindestens einen Energiestrahls 11 das wenigstens eine Bauteil 3 aus dem in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterial 5 herzustellen. Insbesondere erzeugt die Strahl erzeugungsvorrichtung 9 mehr als einen Energiestrahl 11, oder die Fertigungsvorrichtung 1 weist mehr als eine Strahlerzeugungsvorrichtung 9 zur Erzeugung einer Mehrzahl an Energie strahl en 11 auf; in Figur 1 sind konkret eine erste Strahlerzeugungsvorrichtung 9.1 zur Erzeugung eines ersten Energiestrahls 11.1 und eine zweite Strahlerzeugungsvorrichtung 9.2 zur Erzeugung eines zweiten Energiestrahls 11.2 dargestellt. Vorzugsweise weist die Fertigungsvorrichtung 1 für jeden Energiestrahl 11 eine separate Scannervorrichtung 13 auf, nämlich eine erste Scannervorrichtung 13.1 für den ersten Energiestrahl 11.1 und eine zweite Scannervorrichtung 13.2 für den zweiten Energiestrahl 11.2. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist eine Beschichtungsvorrichtung 16, - insbesondere in Form eines Schiebers - auf, wobei die Beschichtungsvorrichtung 16 entlang einer Beschichtungs- Verlagerungsrichtung, hier insbesondere entlang einer auch als x-Achse bezeichneten Querachse, über den Arbeitsbereich 15 verlagerbar ist, um den Arbeitsbereich 15 mit Pulvermaterial zu beschichten. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist außerdem eine Schutzgasvorrichtung 17 auf, die eingerichtet ist, um eine Schutzgasströmung mit einer durch einen Pfeil P dargestellten, definierten Schutzgas- Strömungsrichtung entlang einer auch als y-Achse bezeichneten Strömungsachse über dem Arbeitsbereich 15 zu erzeugen. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist weiterhin eine insbesondere als eine Rechenvorrichtung 8 ausgebildete Steuervorrichtung 19 auf, die mit der mindestens einen Scannervorrichtung 13 und bevorzugt auch mit der mindestens einen Strahlerzeugungsvorrichtung 9 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die mindestens eine Scannervorrichtung 13 und gegebenenfalls die mindestens eine Strahl erzeugungsvorrichtung 9 anzusteuern. Dabei ist die Steuervorrichtung 19 eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden näher beschriebenen Verfahrens zum Planen der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit den Energiestrahlen 11, kurz auch als Planungsverfahren bezeichnet.
Insbesondere weist die Steuervorrichtung 19 hierzu die insbesondere als eine weitere Rechenvorrichtung 10 ausgebildete Planungsvorrichtung 7 auf, die entsprechend zur Durchführung des Planungsverfahrens eingerichtet ist. Alternativ ist es möglich, dass die Steuervorrichtung 19 selbst als die Planungsvorrichtung 7 ausgebildet ist. Es ist aber in einer hier nicht dargestellten Ausgestaltung auch möglich, dass das Planungsverfahren auf einer separat zu der Fertigungsvorrichtung 1 vorgesehenen Planungsvorrichtung 7 ausgeführt wird.
Die Steuervorrichtung 19 ist bevorzugt außerdem in hier nicht dargestellter Weise mit der Beschichtungsvorrichtung 16 wirkverbunden, um die Beschichtungsvorrichtung 16 zur Beschichtung des Arbeitsbereichs 15 mit Pulvermaterial anzusteuern.
Die Fertigungsvorrichtung 1 ist insbesondere eingerichtet, um das wenigstens eine Bauteil 3 schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterialschichten aufzubauen. Hierzu ist der Arbeitsbereich 15, insbesondere in Form eines Pulverbetts, auf einer Bauplattform angeordnet, die im Zuge der Bereitstellung der zeitlich aufeinanderfolgenden Pulvermaterialschichten in dem Arbeitsbereich 15 schrittweise entgegen einer Hochrichtung abgesenkt wird. Das jeweils eine nächste Pulvermaterialschicht bildende Pulvermaterial 5 wird mittels der insbesondere als Wischer oder Schieber ausgebildeten Beschichtungsvorrichtung 16 aus einem hier nicht dargestellten Bereich eines Vorratszylinders entlang der x-Achse in den Arbeitsbereich 15 gefördert und dort durch die Beschichtungsvorrichtung 16 verteilt und geglättet, sodass die jeweils aktuelle Pulvermaterialschicht bereitgestellt wird. Indem sukzessive auf diese Weise das Pulvermaterial 5 Pulvermaterialschicht für Pulvermaterialschicht mittels des mindestens einen Energiestrahls 11 in dem Arbeitsbereich 15 lokal selektiv verfestigt wird, wird das wenigstens eine Bauteil 3 Schicht für Schicht, das heißt schichtweise, aufgebaut.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Fertigen des wenigstens einen Bauteils 3 aus dem Pulvermaterial 5 wird insbesondere ein mithilfe des im Folgenden beschriebenen Planungsverfahrens erhaltener Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem mindestens einen Energiestrahl 11 bereitgestellt, und das wenigstens eine Bauteil 3 wird gemäß dem bereitgestellten Bestrahlungsplan gefertigt. Der Bestrahlungsplan wird dabei bevorzugt bereitgestellt, indem - insbesondere durch die Planungsvorrichtung 7 - das Planungsverfahren durchgeführt wird.
Im Rahmen des Planungsverfahrens wird insbesondere eine zeitliche Bestrahlungsreihenfolge einer Bestrahlung einer Mehrzahl an Bestrahlungsbereichen 21 mit dem mindestens einen Energiestrahl 11 für mindestens eine Pulvermaterialschicht anhand von mindestens zwei Reihenfolge-Kriterien bestimmt, wobei als ein erstes Reihenfolge-Kriterium verwendet wird, dass Bestrahlungsbereiche 21, die entlang der x-Achse einen kleineren x-Koordinatenwert aufweisen, zeitlich vor Bestrahlungsbereichen 21 bestrahlt werden, die entlang der x-Achse einen größeren x- Koordinatenwert aufweisen, wobei als ein zweites Reihenfolge-Kriterium verwendet wird, dass Bestrahlungsbereiche 21, die entlang der y-Achse einen größeren y-Koordinatenwert aufweisen, zeitlich vor Bestrahlungsbereichen 21 bestrahlt werden, die entlang der y-Achse einen kleineren y-Koordinatenwert aufweisen.
Insbesondere wird für eine Mehrzahl der Pulvermaterialschichten jeweils eine zeitliche Bestrahlungsreihenfolge festgelegt. Insbesondere wird so ein Bestrahlungsplan für eine Mehrzahl der Pulvermaterialschichten erhalten. Insbesondere wird diese Vorgehensweise für alle Pulvermaterialschichten der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten durchgeführt.
In einer Ausführungsform des Planungsverfahrens wird insbesondere jedem Energiestrahl 11 einer Mehrzahl an Energie strahl en 11 jeweils ein Verlagerungsbereich 23 in dem Arbeitsbereich 15 zugeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird dem ersten Energiestrahl 11.1 ein erster Verlagerungsbereich 23.1 zugeordnet, und dem zweiten Energiestrahl 11.2 wird ein zweiter Verlagerungsbereich 23.2 zugeordnet. Die Verlagerungsbereiche 23.1, 23.2 sind quer, hier insbesondere entlang der x-Achse über dem Arbeitsbereich 15 nebeneinander angeordnet und erstrecken sich entlang der y-Achse, wobei sie durch eine gedachte Grenzlinie 25 voneinander abgegrenzt sind. Die gedachte Grenzlinie 25 ist hier eine Grenzgerade, die parallel zu der y-Achse verläuft.
Insbesondere sind in dem ersten Verlagerungsbereich 23.1 mehrere erste Bestrahlungsbereiche 21.1 angeordnet, wobei hier schematisch vier erste Bestrahlungsbereiche 21.1 dargestellt sind, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen nur einer mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet ist. In dem zweiten Verlagerungsbereich 23.2 sind mehrere zweite Bestrahlungsbereiche 21.2 angeordnet, wobei hier schematisch auch vier zweite Bestrahlungsbereiche 21.2 dargestellt sind, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen nur einer mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit den Energiestrahlen 11.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Insbesondere beginnt das Verfahren mit einem ersten Schritt Sl, wobei die Planung der Bestrahlung für eine erste Pulvermaterialschicht n = 0 von N Pulvermaterialschichten begonnen wird.
In einem zweiten Schritt S2 werden für alle Bestrahlungsbereiche 21 in der aktuellen Pulvermaterialschicht n die jeweils zugeordneten x-Koordinatenwerte ermittelt, wobei insbesondere für jeden Bestrahlungsbereich 21 der kleinste x-Koordinatenwert oder - anders ausgedrückt - der auf der x-Achse gemäß Figur 1 am weitesten links angeordnete Punkt eines Randes des jeweiligen Bestrahlungsbereichs 21 herangezogen wird.
In einem dritten Schritt S3 wird für alle Bestrahlungsbereiche 21 in der Pulvermaterialschicht n ein Reihenfolge-Status R auf den Wert 0 (R = 0) und ein Schattenwurf-Status S ebenfalls auf den Wert 0 (S = 0) gesetzt. Das Verfahren wird dann für jeden Verlagerungsbereich 23 (VL) separat, insbesondere parallel, durchgeführt, wie dies im Folgenden exemplarisch für einen Verlagerungsbereich 23 in dem Block BL in Figur 2 erläutert ist.
In einem vierten Schritt S4 wird aus allen Bestrahlungsbereichen 21 des betrachteten Verlagerungsbereichs 23 der aktuellen Pulvermaterialschicht n, für die gilt: R = 0 UND S = 0, ein Bestrahlungsbereich mit kleinstem x-Koordinatenwert als Test-Bestrahlungsbereich B ermittelt.
In einem fünften Schritt S5 wird geprüft, ob der Test-Bestrahlungsbereich B eindeutig bestimmt werden kann. Ist dies nicht der Fall, wird in einem sechsten Schritt S6 derjenige Bestrahlungsbereich als der Test-Bestrahlungsbereich B bestimmt, der zusätzlich zu dem kleinsten x-Koordinatenwert den größten y-Koordinatenwert aufweist, wobei auch hier für jeden betrachteten Bestrahlungsbereich 21 der jeweils größte y-Koordinatenwert oder - anders ausgedrückt - der auf der y- Achse gemäß Figur 1 am weitesten oben angeordnete Punkt des Randes des jeweiligen Bestrahlungsbereichs 21 herangezogen wird.
Ist dann der Test-Bestrahlungsbereich B - entweder bereits aus dem fünften Schritt S5 eindeutig, oder aber durch die weitere Festlegung in dem sechsten Schritt S6 - bestimmt, wird in einem siebten Schritt S7 geprüft, ob in einem ersten Sperrbereich in Schutzgas-Strömungsrichtung stromabwärts des Test-Bestrahlungsbereichs B, das heißt entlang der y-Achse hinter dem Test- Bestrahlungsbereich B, kein weiterer noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierter Bestrahlungsbereich 21 angeordnet ist. Dieses Kriterium wird auch als Schattenwurf-Kriterium bezeichnet.
Ist das Schattenwurf-Kriterium nicht erfüllt, wird in einem achten Schritt S8 der Schattenwurf- Status S auf 1 gesetzt (S = 1). Dies bewirkt, dass der Test-Bestrahlungsbereich B als ein ruhender Test-Bestrahlungsbereich vorläufig bei der Suche nach Test-Bestrahlungsbereichen außer Acht gelassen wird. Das Verfahren wird dann in dem vierten Schritt S4 - mit den verbleibenden Bestrahlungsbereichen 21 für die weiterhin gilt: R = 0 UND S = 0, fortgesetzt. Die Schritte S4 bis S8 können werden insbesondere so lange iteriert, bis ein Test-Bestrahlungsbereich B gefunden ist, für den das Schattenwurf-Kriterium in dem siebten Schritt S7 erfüllt ist.
Ist das Schattenwurf-Kriterium in dem siebten Schritt S7 für einen Test-Bestrahlungsbereich B erfüllt, wird diesem Test-Bestrahlungsbereich B in einem neunten Schritt S9 der nächste Platz in der Bestrahlungsreihenfolge zugewiesen. Sodann wird in einem zehnten Schritt S10 für den in dem neunten Schritt S9 in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierten Test-Bestrahlungsbereich B der Reihenfolge-Status R auf den Wert 1 gesetzt (R = 1), und für alle aktuell ruhenden Test-Bestrahlungsbereiche wird der Schattenwurf-Status S zurück auf den Wert 0 gesetzt (S = 0), sodass die betroffenen Bestrahlungsbereiche 21 beim nächsten Aufruf des vierten Schritts S4 wieder in die Suche nach Test-Bestrahlungsbereichen einbezogen werden. Im Ergebnis weisen dann wieder alle Bestrahlungsbereiche 21 in dem betrachteten Verlagerungsbereich den Schattenwurf-Status S = 0 auf.
In einem elften Schritt SI 1 wird dann geprüft, ob noch Bestrahlungsbereiche 21 existieren, für die der Reihenfolge-Status R den Wert 0 aufweist, die also noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortiert sind. Ist dies der Fall, wird das Verfahren in dem vierten Schritt S4 fortgesetzt. Auf diese Weise werden die Bestrahlungsbereiche 21 sukzessive in die Bestrahlungsreihenfolge einsortiert. Sind dagegen keine Bestrahlungsbereiche 21 mehr vorhanden, für die der Reihenfolge- Status R den Wert 0 aufweist, bedeutet dies, dass alle Bestrahlungsbereiche 21 des betrachteten Verlagerungsbereichs 23 in die Bestrahlungsreihenfolge einsortiert wurden.
Das Verfahren wird dann in einem zwölften Schritt S12 fortgesetzt. In diesem wird geprüft, ob der Indexwert n der aktuellen Pulvermaterialschicht kleiner ist als N-l . Ist dies der Fall, wird der Index n in einem zweiten Schritt S13 inkrementiert, und das Verfahren wird in dem zweiten Schritt S2 für die nächste Pulvermaterialschicht fortgesetzt. Ist dagegen in dem zwölften Schritt S12 der Indexwert n = (N-l), bedeutet dies, dass das Verfahren für alle N Pulvermaterialschichten durchgeführt wurde, weshalb es in einem vierzehnten Schritt S14 beendet wird.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Anwendung des Planungsverfahrens gemäß Figur 2 auf den Arbeitsbereich 15.
In Figur 3) ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem den Energie strahl en 11 separate Verlagerungsbereiche 23 derart zugewiesen werden, dass die Energiestrahlen 11 ausschließlich in den ihnen jeweils zugeordneten Verlagerungsbereichen 23 verlagert werden. Insbesondere kann dabei der erste Energiestrahl 11.1 ausschließlich in dem ersten Verlagerungsbereich 23.1 verlagert werden und nicht in dem zweiten Verlagerungsbereich 23.2. Der zweite Energiestrahl 11.2 kann ausschließlich in dem zweiten Verlagerungsbereich 23.2 verlagert werden und nicht in dem ersten Verlagerungsbereich 23.1. Insbesondere sind die einander unmittelbar benachbarten Verlagerungsbereiche 23.1, 23.2 durch die gedachte Grenzlinie 25 voneinander abgegrenzt. Die Anwendung des Planungsverfahrens gemäß Figur 2 auf die in Figur 3 dargestellten Bestrahlungsbereiche 21 führt ohne weiteres in dem ersten Verlagerungsbereich 23.1 zu einer Bestrahlungsreihenfolge, bei der ein erster erster Bestrahlungsbereich 21.1.1 zuerst bestrahlt wird, danach ein zweiter erster Bestrahlungsbereich 21.1.2, danach ein dritter erster Bestrahlungsbereich 21.1.3, danach ein vierter erster Bestrahlungsbereich 21.1.4. Entsprechend ergibt sich in dem zweiten Verlagerungsbereich 23.2 eine Bestrahlungsreihenfolge, bei der ein erster zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.1 zuerst bestrahlt wird, danach ein zweiter zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.2, danach ein dritter zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.3, danach ein vierter zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.4.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Anwendung des Planungsverfahrens gemäß Figur 2 auf den Arbeitsbereich 15.
In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem den Energiestrahlen 11 bereichsweise überlappende Verlagerungsbereiche 23 zugewiesen werden. Insbesondere ist ein zwischen den einander unmittelbar benachbarten Verlagerungsbereichen 23.1, 23.2 angeordneter
Überlappbereich 27 dadurch definiert, dass beide Energiestrahlen 11.1, 11.2 in dem Überlappbereich 27 verlagert werden können. Im Übrigen - außerhalb des Überlappbereichs 27 - ist aber die Verlagerung der Energiestrahlen 11.1, 11.2 auf die jeweils zugeordneten Verlagerungsbereiche 23.1, 23.2 beschränkt. Der erste Verlagerungsbereich 23.1 ist hier durch eine erste gedachte Grenzlinie 25.1 - in der Figur nach rechts - begrenzt; der zweiten Verlagerungsbereich 23.2 ist durch eine zweite gedachte Grenzlinie 25.2 - in der Figur nach links - begrenzt.
Eine erste Anwendung des Planungsverfahrens gemäß Figur 2 auf die in Figur 4 dargestellten Bestrahlungsbereiche 21 führt - wie bei a) dargestellt - zunächst zu einer ersten Bestrahlungsreihenfolge für den ersten Verlagerungsbereich 23.1, bei der durch den ersten Energiestrahl 11.1 ein erster erster Bestrahlungsbereich 21.1.1 zuerst bestrahlt wird, danach ein zweiter erster Bestrahlungsbereich 21.1.2, danach ein dritter erster Bestrahlungsbereich 21.1.3; zugleich ergibt sich für den zweiten Verlagerungsbereich 23.2 eine erste Bestrahlungsreihenfolge, bei der durch den zweiten Energiestrahl 11.2 ein erster zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.1 zuerst bestrahlt wird, danach ein zweiter zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.2, danach ein dritter zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.3, danach ein vierter zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.4, und danach ein fünfter zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.5. Eine vorzugsweise danach auf der Grundlage dieser ersten Bestrahlungsreihenfolge vorgenommene Optimierung der Gesamt-Bestrahlungszeit, insbesondere unter Berücksichtigung einer möglichst gleichmäßigen Auslastung der Energiestrahlen 11, führt vorzugsweise zu einer Umsortierung und Änderung der Bestrahlungsreihenfolge, woraus sich dann - wie bei b) dargestellt - für den ersten Verlagerungsbereich 23.1 eine zweite Bestrahlungsreihenfolge ergibt, bei der durch den ersten Energiestrahl 11.1 ein erster erster Bestrahlungsbereich 21.1.1 zuerst bestrahlt wird, danach ein zweiter erster Bestrahlungsbereich 21.1.2, danach ein dritter erster Bestrahlungsbereich 21.1.3, danach ein vierter erster Bestrahlungsbereich 21.1.4; für den zweiten Verlagerungsbereich 23.2 ergibt sich eine zweite Bestrahlungsreihenfolge, bei der durch den zweiten Energiestrahl 11.2 ein erster zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.1 zuerst bestrahlt wird, danach ein zweiter zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.2, danach ein dritter zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.3, danach ein vierter zweiter Bestrahlungsbereich 21.2.4.
Alternativ oder zusätzlich kann auf der Grundlage der ersten Bestrahlungsreihenfolgen die Anordnung der Bestrahlungsbereiche 21 in dem Arbeitsbereich 15 verändert werden, wobei eine veränderte Anordnung der Bestrahlungsbereiche 21 erhalten wird. Insbesondere kann die zweite Bestrahlungsreihenfolge für die veränderte Anordnung der Bestrahlungsbereiche 21 festgelegt werden.
Vorteilhaft können insbesondere aufgrund dieser Optimierung die Bestrahlungsbereiche 21 in dem Überlappbereich 27 zwischen den einander überlappenden Verlagerungsbereichen 23 verschachtelt oder gestaffelt angeordnet werden, wodurch der Arbeitsbereich 15 sehr effizient genutzt werden kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass ausgehend von einer Bereichsposition eines Bestrahlungsbereichs 21 ein - nur schematisch bei a) für den zweiten zweiten Bestrahlungsbereich 21.2.2 dargestellter - erster Sperrbereich 29 auf dem Arbeitsbereich 15 festgelegt wird, wobei für den an der Bereichsposition angeordneten Bestrahlungsbereich 21 eine Bestrahlung mit einem Energiestrahl 11 erst freigegeben wird, wenn entweder in dem ersten Sperrbereich 29 kein anderer Bestrahlungsbereich 21 angeordnet ist, oder wenn in dem ersten Sperrbereich 29 angeordnete andere Bestrahlungsbereiche 21 bereits bestrahlt sind.
Bevorzugt ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass ausgehend von einer Energiestrahlposition eines der Energiestrahlen 11 ein nicht dargestellter zweiter Sperrbereich auf dem Arbeitsbereich 15 festgelegt wird, wobei für den zweiten Sperrbereich eine Bestrahlung mit einem anderen Energiestrahl 11 gesperrt ist. Insbesondere wird für jeden der Energiestrahlen 11 jeweils ein solcher zweiter Sperrbereich festgelegt.
In einem Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Bestrahlungsbereiche 21 vor der Festlegung der zeitlichen Reihenfolge der Bestrahlung in dem Arbeitsbereich 15, insbesondere in den Verlagerungsbereichen 23, angeordnet werden, wobei eine erste zeitliche Bestrahlungsreihenfolge festgelegt wird, wobei anhand der ersten Bestrahlungsreihenfolge die Anordnung der Bestrahlungsbereiche 21 in dem Arbeitsbereich 15 verändert wird, wobei eine veränderte Anordnung der Bestrahlungsbereiche 21 erhalten wird.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit mindestens einem Energiestrahl (11), um mittels des mindestens einen Energiestrahls (11) mindestens ein Bauteil (3) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials (5) herzustellen, wobei eine zeitliche Bestrahlungsreihenfolge einer Bestrahlung einer Mehrzahl an Bestrahlungsbereichen (21) mit dem mindestens einen Energiestrahl (11) für mindestens eine Pulvermaterialschicht anhand von mindestens zwei Reihenfolge-Kriterien bestimmt wird, wobei als ein erstes Reihenfolge-Kriterium verwendet wird, dass Bestrahlungsbereiche (21), die entlang einer quer zu einer vorbestimmten Schutzgas- Strömungsrichtung über dem Arbeitsbereich (15) ausgerichteten Querachse einen kleineren Querachsen- Koordinatenwert aufweisen, zeitlich vor Bestrahlungsbereichen (21) bestrahlt werden, die entlang der Querachse einen größeren Querachsen-Koordinatenwert aufweisen, wobei als ein zweites Reihenfolge-Kriterium verwendet wird, dass Bestrahlungsbereiche (21), die entlang einer in Schutzgas-Strömungsrichtung weisenden Strömungsachse einen größeren Strömungsachsen-Koordinatenwert aufweisen, zeitlich vor Bestrahlungsbereichen (21) bestrahlt werden, die entlang der Strömungsachse einen kleineren Strömungsachsen- Koordinatenwert aufweisen, wobei ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs (15) mit dem mindestens einen Energiestrahl (11) in der mindestens einen Pulvermaterialschicht erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Querachse entlang einer Beschichtungs- Verlagerungsrichtung einer zur Beschichtung des Arbeitsbereichs (15) mit Pulvermaterial (5) eingerichteten Beschichtungsvorrichtung (16) ausgerichtet ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestrahlungsbereiche (21) sukzessive in die Bestrahlungsreihenfolge einsortiert werden, wobei aus den noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierten Bestrahlungsbereichen (21) mindestens ein Test-Bestrahlungsbereich (B) mit kleinstem Querachsen-Koordinatenwert gesucht wird, wobei der Test-Bestrahlungsbereich (B) in die Bestrahlungsreihenfolge einsortiert wird, wenn der Test-Bestrahlungsbereich (B) eindeutig bestimmt werden kann und in einem ersten Sperrbereich (29) in Schutzgas- Strömungsrichtung stromabwärts des Test- Bestrahlungsbereichs (B) kein weiterer noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierter Bestrahlungsbereich (21) angeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei, wenn der Test-Bestrahlungsbereich (B) nicht eindeutig bestimmt werden kann, derjenige Bestrahlungsbereich (21) der noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierten Bestrahlungsbereiche (21) als der Test-Bestrahlungsbereich (B) bestimmt wird, der den kleinsten Querachsen-Koordinatenwert und zugleich den größten Strömungsachsen-Koordinatenwert aufwei st.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei, wenn in dem ersten Sperrbereich (29) in Schutzgas- Strömungsrichtung stromabwärts des Test-Bestrahlungsbereichs (B) ein weiterer, noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierter Bestrahlungsbereich (21) angeordnet ist, der Test-Bestrahlungsbereich (B) als ein ruhender Test-Bestrahlungsbereich vorläufig bei der Suche nach Test-Bestrahlungsbereichen (B) außer Acht gelassen wird, wobei aus den verbleibenden noch nicht in die Bestrahlungsreihenfolge einsortierten Bestrahlungsbereichen (21) ein weiterer Test-Bestrahlungsbereich (B) gesucht wird, wobei insbesondere der ruhende Test- Bestrahlungsbereich wieder in die Suche nach Test-Bestrahlungsbereichen (B) einbezogen wird, sobald ein nächster Test-Bestrahlungsbereich (B) in die Bestrahlungsreihenfolge einsortiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren für eine Mehrzahl an Energiestrahlen (11) durchgeführt wird, um mittels der Mehrzahl an Energie strahl en (11) das mindestens eine Bauteil (3) herzustellen, wobei
- jedem Energiestrahl (11) der Mehrzahl an Energie strahl en (11) mindestens ein Verlagerungsbereich (23) in dem Arbeitsbereich (15) zugeordnet wird, wobei die Verlagerungsbereiche (23) quer zu der vorbestimmten Schutzgas- Strömungsrichtung über dem Arbeitsbereich (15) nebeneinander angeordnet werden und sich entlang der Schutzgas-Strömungsrichtung erstrecken, wobei die Bestimmung der zeitlichen Bestrahlungsreihenfolge für die Verlagerungsbereiche (23) jeweils separat durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei den Energiestrahlen (11) separate Verlagerungsbereiche (23) zugewiesen werden, derart, dass die Energie strahl en (11) nur in den ihnen jeweils zugeordneten Verlagerungsbereichen (23) verlagert werden, wobei insbesondere einander unmittelbar benachbarte Verlagerungsbereiche (23) durch eine gedachte Grenzlinie (25) voneinander abgegrenzt sind, wobei die gedachte Grenzlinie (25) insbesondere parallel zu der vorbestimmten Schutzgas-Strömungsrichtung verläuft, oder wobei den Energie strahl en (11) bereichsweise überlappende Verlagerungsbereiche (23) zugewiesen werden, wobei insbesondere in einem zwischen zwei einander unmittelbar benachbarten Verlagerungsbereichen (23) angeordneten Überlappbereich (27) beide den einander unmittelbar benachbarten Verlagerungsbereichen (23) jeweils zugeordnete Energie strahl en (11) verlagert werden können.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ausgehend von einer Bereichsposition eines Bestrahlungsbereichs (21) ein erster Sperrbereich (29) auf dem Arbeitsbereich (15) festgelegt wird, wobei für den an der Bereichsposition angeordneten Bestrahlungsbereich (21) eine Bestrahlung mit einem Energiestrahl (11) erst freigegeben wird, wenn in dem ersten Sperrbereich (29) kein anderer Bestrahlungsbereich (21) angeordnet ist, oder wenn in dem ersten Sperrbereich (29) angeordnete andere Bestrahlungsbereiche (21) bestrahlt sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei ausgehend von einer Energiestrahlposition eines ersten Energiestrahls (11) ein zweiter Sperrbereich auf dem Arbeitsbereich (15) festgelegt wird, wobei für den zweiten Sperrbereich eine Bestrahlung mit einem zweiten Energiestrahl (11) gesperrt ist, wobei insbesondere der zweite Sperrbereich mit einer Verlagerung des ersten Energiestrahls (11) auf dem Arbeitsbereich (15) verlagert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- vor der Festlegung der zeitlichen Bestrahlungsreihenfolge die Bestrahlungsbereiche (21) in dem Arbeitsbereich (15), insbesondere in den Verlagerungsbereichen (23), angeordnet werden, wobei eine erste Bestrahlungsreihenfolge festgelegt wird, wobei anhand der ersten Bestrahlungsreihenfolge die Anordnung der Bestrahlungsbereiche (21) in dem Arbeitsbereich (15) verändert wird, wobei eine veränderte Anordnung der Bestrahlungsbereiche (21) erhalten wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei für die veränderte Anordnung der Bestrahlungsbereiche (21) eine zweite Bestrahlungsreihenfolge festgelegt wird, wobei der Bestrahlungsplan erhalten wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Bestrahlungsreihenfolge festgelegt wird, wobei anhand der ersten Bestrahlungsreihenfolge eine zweite Bestrahlungsreihenfolge, insbesondere unter Berücksichtigung von mindestens einem Sperrbereich, festgelegt wird.
13. Verfahren zum additiven Fertigen mindestens eines Bauteils (3) aus einem Pulvermaterial (5), mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines mithilfe eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit mindestens einem Energiestrahl (11), um das Bauteil (3) mittels des mindestens einen Energiestrahls (11) schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials (5) herzustellen, und Fertigen des mindestens einen Bauteils (3) gemäß dem Bestrahlungsplan.
14. Planungsvorrichtung (7) zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit mindestens einem Energiestrahl (11), um mittels des mindestens einen Energiestrahls (11) mindestens ein Bauteil (3) aus einem in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterial (5) herzustellen, wobei die Planungsvorrichtung (7) eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
15. Fertigungsvorrichtung (1) zum additiven Fertigen von Bauteilen (3) aus einem Pulvermaterial (5), mit
- mindestens einer Strahlerzeugungsvorrichtung (9), die eingerichtet ist zum Erzeugen von mindestens einem Energiestrahl (11),
- mindestens einer Scannervorrichtung (13), die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich (15) lokal selektiv mit dem mindestens einen Energiestrahl (11) zu bestrahlen, um mittels des mindestens einen Energiestrahls (11) mindestens ein Bauteil (3) aus dem in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterial (5) herzustellen, einer Schutzgasvorrichtung (17), die eingerichtet ist, um eine Schutzgasströmung mit definierter Schutzgas-Strömungsrichtung über dem Arbeitsbereich (15) zu erzeugen, und mit einer Steuervorrichtung (19), die mit der mindestens einen Scannervorrichtung (13) wirkverbunden und eingerichtet ist, um die mindestens eine Scannervorrichtung (13) anzusteuern, wobei die Steuervorrichtung (19) eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 13.
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