ES2882652T3 - Procedimiento de producción aditivo y procedimiento para controlar un dispositivo para la producción aditiva de un componente tridimensional - Google Patents

Abstract

Procedimiento de producción aditivo para producir un componente tridimensional (10; 14) a partir de varias capas de componente mediante la adición múltiple incremental, en particular por capas, de material de partida de componente en forma de polvo, de alambre o de cinta y, en particular la solidificación conformadora, incremental, mediante la respectiva fusión y/o sinterización selectiva del material de partida de componente por medio de una cantidad de calor aportada según una estrategia de barrido mediante al menos una fuente de energía, comprendiendo la estrategia de barrido un patrón de barrido, que comprende una trama, seleccionándose la dirección de los vectores de barrido (21) de la trama para una respectiva capa de componente de manera específica para la geometría del componente, caracterizado porque la trama para una nueva capa de componente que debe aplicarse se selecciona de tal manera que los vectores de barrido (21) discurren en perpendicular con una desviación de como máximo ± 45º a, tras la aplicación de la capa de componente, la dirección de tensión principal existente en la misma, seleccionándose la dirección de tensión principal basándose en una simulación numérica, usándose para la determinación de la dirección de tensión principal una expansión isotrópica, para no tener ninguna influencia de la trama todavía no definida en el momento, observándose la situación que resulta tras la acción de expansiones volumétricas negativas isotrópicas sobre una capa dentro de esa capa.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de producción aditivo y procedimiento para controlar un dispositivo para la producción aditiva de un componente tridimensional

La presente invención se refiere a un procedimiento de producción aditivo para producir un componente tridimensional a partir de varias capas de componente mediante la adición múltiple incremental, en particular por capas, de material de partida de componente en forma de polvo, de alambre o de cinta y, preferiblemente la solidificación conformadora, incremental, mediante la respectiva fusión y/o sinterización selectiva del material de partida de componente por medio de una cantidad de calor aportada según una estrategia de barrido mediante una fuente de energía, comprendiendo la estrategia de barrido un patrón de barrido, que comprende una trama. Como fuente(s) de energía podría(n) usarse, por ejemplo, un arco eléctrico, un plasma o haz de plasma, un haz láser o de electrones o similar. El procedimiento de producción puede ser en particular un procedimiento de producción aditivo basado en haz. El material de partida de componente puede ser o contener, por ejemplo, un metal, plástico o cerámica. También puede ser, por ejemplo, un alambre de relleno o cinta de relleno de polvo.

Con el término “estrategia de barrido” pretende querer decirse en este caso en primera línea la descripción de la solidificación de una sección transversal definida en una capa de un material de partida de componente por medio de al menos una fuente de energía móvil (en particular puntual) teniendo en cuenta trayectos de desviación o trayectos de exposición (patrón de barrido) y parámetros de radiación así como la dependencia temporal de los trayectos de desviación y la dependencia direccional de los trayectos de desviación para generar propiedades de componente y de estructura deseadas según la tesis doctoral del ingeniero diplomado Markus Kahnert, “Scanstrategien zur verbesserten Prozessführung beim Elektronenstrahlschmelzen (EBM)”, Universidad Técnica de Múnich, 2013. De esta se deriva también la definición de un “patrón de barrido” (en inglés scanning pattern): descripción geométrica de los trayectos de desviación o líneas de unión de aportes de energía sucesivos cuando, por ejemplo, se aplican pulsos, para la solidificación del contorno del componente y/o de la sección transversal del componente por medio de al menos un haz. El patrón de barrido puede comprender además de la trama un delineado. A este respecto, el “delineado” es el recorrido paralelo al contorno de la línea externa de una sección transversal del componente con el haz. La “trama” es el patrón, según el que el guiado de energía propio de la instalación desvía el haz, para solidificar la sección transversal del componente. La descripción de la trama contiene además la subdivisión en zonas parciales y su relleno con patrones (adicionales).

En el caso del procedimiento de producción aditivo, que también se denomina procedimiento de producción generativo, puede tratarse, por ejemplo, de soldadura de recargo por arco eléctrico, haz de plasma, láser y de electrones y de soldadura de recargo general, en particular soldadura de recargo de polvo, fusión por haz láser y de electrones, sinterización láser y todos los procedimientos adicionales, en los que se aplica de manera selectiva material en estado fundido para la generación de un componente.

Por lo demás, la presente invención se refiere a un procedimiento para controlar un dispositivo para la producción aditiva basada en haz de un componente tridimensional, en particular según un procedimiento de producción según una de las reivindicaciones 1 a 16. Con ello va asociado también un producto de programa informático, que está almacenado en un medio de almacenamiento legible por ordenador, para en el caso de realización en un sistema informático indicar al sistema informático que ejecute el procedimiento.

En los procedimientos de producción aditivos establecidos, tales como, por ejemplo, refundición por haz láser o de electrones, se diseñan las trayectorias, que también se denominan trayectos de exposición o trayectos de desviación, de una fuente de calor, en particular las direcciones, meramente según algoritmos universales inespecíficos para el componente mediante la sección transversal del componente. El documento GB 2378 150 A da a conocer un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1 y un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 12.

Por el documento DE 100 42 134 C2 se conoce un procedimiento para la producción de piezas de trabajo de sinterización tridimensionales, en el que la sección transversal del componente se subdivide en zonas parciales y en cada zona parcial tiene lugar una irradiación mediante líneas de irradiación unas al lado de otras (irradiación de tipo por líneas o columnas), estando las líneas de irradiación de zonas parciales adyacentes giradas 90° entre sí.

Por el documento US 5.155.324 se conoce además un procedimiento para la sinterización láser selectiva, en el que se cruzan las líneas de irradiación de capas dispuestas unas sobre otras.

Las zonas parciales pueden estar configuradas en el estado de la técnica, por ejemplo, como tiras o segmentos. Durante el procedimiento de producción aditivo se generan debido a la construcción por capas y el aporte de energía local por medio de al menos un haz, tal como por ejemplo un haz láser o un haz de electrones, tensiones propias inducidas térmicamente, que pueden conducir a la deformación del componente o de zonas parciales del componente. Como se muestra esquemáticamente en la figura 1, al final del procedimiento de producción pueden reinar tensiones de tracción altas en la superficie de un componente terminado 10, que tras la separación del componente de una plataforma de construcción 12 se relajan y conducen a una combadura (apertura) correspondiente del componente 10. La figura 1 muestra a la izquierda esquemáticamente mediante las dos flechas la tensión de tracción tras la realización de un procedimiento de producción aditivo ya la derecha esquemáticamente la combadura (deformación) debido a la relajación de la tensión.

Por consiguiente, la presente invención se basa en el objetivo de perfeccionar el procedimiento de producción aditivo del tipo mencionado al principio de tal manera que se consiga una reducción más intensa de las expansiones (debidas al proceso) durante el proceso de construcción.

Según la invención, este objetivo se alcanza en el caso del procedimiento de producción aditivo mencionado al principio porque la dirección de los vectores de barrido de la trama se selecciona de manera específica para la geometría del componente para una respectiva capa parcial de cinta. Un vector de barrido indica la dirección de la trayectoria de una fuente de energía, por ejemplo de un haz, o línea de unión de aportes de energía sucesivos, en particular separados, (por ejemplo de manera pulsada). La invención se define mediante las características de la reivindicación 1.

Por lo demás, la presente invención proporciona un procedimiento para controlar un dispositivo para la producción aditiva de un componente tridimensional a partir de varias capas de componente, según la reivindicación 12.

La trama para una nueva capa de componente que debe aplicarse se selecciona de tal manera que los vectores de barrido discurran en perpendicular con una desviación de como máximo ± 45 grados con respecto a, tras la aplicación de la capa, la dirección de tensión principal existente en la misma. Ventajosamente, la desviación asciende como máximo a ± 25°, preferiblemente a como máximo ± 15° y más preferiblemente a ± 5°. A través de la ley de Hook se correlacionan las tensiones y las expansiones elásticas, de modo que el diseño según la dirección principal de las expansiones elásticas conduce al mismo resultado que según la dirección de tensión principal o dirección principal de tensión y por consiguiente también debe estar comprendida.

Según una forma de realización particular de la presente invención, la trama se selecciona basándose en una simulación numérica.

Favorablemente, en la simulación de la dirección de tensión principal se desprecia una posible influencia de un patrón de barrido. Esto puede llevarse a la práctica, por ejemplo, en la forma de que se parte de una expansión isotrópica, mientras que la expansión en el caso normal es en realidad anisotrópica.

Ventajosamente, para la simulación de la dirección de tensión principal se utiliza un modelo de proceso mecánicamente estático. A este respecto puede tratarse, por ejemplo, de un método de cálculo especial mediante la utilización del “método de las expansiones permanentes/Inherent strain Method".

En particular, a este respecto puede estar previsto que el modelo de proceso se resuelva numéricamente mediante el método de los elementos finitos (MEF).

Convenientemente se traslada un modelo CAD del componente a una red de elementos finitos, pudiendo descomponerse en capas la red para la reproducción de las capas de componente del componente.

Favorablemente, para la simulación de la dirección de tensión principal se selecciona el grosor simulado de las capas mayor que en el proceso real. De este modo puede ahorrarse tiempo de cálculo. Mediante la desactivación de todos los elementos (ninguna interacción física) al principio y la activación secuencial de las capas puede representarse entonces la construcción.

Favorablemente, la trama se subdivide en al menos dos zonas parciales. Las zonas parciales pueden diferenciarse, por ejemplo, en cuanto a la dirección del vector de barrido.

En particular, a este respecto puede estar previsto que la forma y/o el tamaño de las zonas parciales se seleccione(n) en función de la geometría y/o el tamaño del componente y/o de la distribución de tensiones.

Además puede estar previsto que cada una de las tramas esté seleccionada ya antes del inicio de la aplicación del material de partida de componente. Sin embargo, también puede estar previsto que la respectiva trama solo se calcule o determine en tiempo real.

Además, la solidificación puede tener lugar solo tras una adición de una capa de componente del material de partida de componente.

Finalmente, la solidificación puede tener lugar al mismo tiempo que la adición del material de partida de componente.

La presente invención se basa en el conocimiento sorprendente de que las tensiones propias generadas en un componente en un procedimiento de producción generativo dependen de manera decisiva de la geometría del componente y por tanto la trama para una respectiva capa de componente debería seleccionarse de manera específica para la geometría del componente.

En particular, cuando según la invención los vectores de barrido o las trayectorias de las fuentes de energía (fuentes de calor) discurren en perpendicular con una desviación de como máximo ± 45 grados con respecto al campo de la dirección de tensión principal o de expansión principal, que sigue al endurecimiento de la respectiva capa sobre lo generado anteriormente, se consigue una reducción especialmente intensa de las expansiones durante el proceso de construcción. El motivo de ello se considera una anisotropía en las expansiones de una sección transversal del componente barrida o una zona parcial de la misma, que conduce a que las expansiones que actúan transversalmente a la dirección de barrido sean esencialmente menores que en la dirección de barrido.

Características y ventajas adicionales de la invención se obtienen de las reivindicaciones adjuntas y de la siguiente descripción, en la que se explican detalladamente varios ejemplos de realización mediante los dibujos esquemáticos. A este respecto muestra o muestran:

la figura 1 esquemáticamente tensiones de tracción en el lado superior de un componente tras la realización de un procedimiento de producción aditivo basado en haz (izquierda) y la deformación debido a la relajación de las tensiones de tracción (derecha);

las figuras 2a a 2d en el ejemplo de un componente de voladizo doble esquemáticamente expansiones y tensiones en función del patrón de barrido o de la trama;

la figura 3 esquemáticamente la deformación final del componente de voladizo doble de las figuras 2a a 2d tras la separación de una plataforma de construcción;

la figura 4 la apertura uz (deformación final medida) en muestras producidas con los patrones de barrido mostrados en las figuras 2a a 2d (muestras a a d);

la figura 5 una vista en perspectiva de un componente en forma de cruz con una representación esquemática de las direcciones de tensiones principales;

las figuras 6a a 6c esquemáticamente las tensiones en el componente de la figura 5 en el caso de usar diferentes patrones de barrido;

la figura 7 a modo de ejemplo el cambio de la dirección de tensión principal entre dos capas de componente sucesivas durante la realización de un procedimiento de producción aditivo; la figura 8 esquemáticamente la asignación de puntos calculados a partir de una simulación numérica con capas con grosores mayores que en un proceso real a las capas de componente en el proceso;

la figura 9 vectores de barrido a modo de ejemplo, que se han obtenido mediante una simulación numérica para un componente en forma de cruz mostrado en la figura 5;

las figuras 10a a 10c resultados de simulación para la deformación final tras la separación del componente de una plataforma de construcción tras usar un patrón de barrido ortogonal a la dirección de tensión principal mostrada en la figura 9 (a) y en comparación a esto en el caso de usar un patrón de tablero de ajedrez una rotación de 90° a través de los segmentos según el estado de la técnica (b) y una rotación de 90° de la dirección de barrido a través de capas sucesivas según el estado de la técnica (c); y

la figura 11 una representación esquemática del eje medial de un componente para la determinación de la dirección de tensión principal dentro de un plano de capa (2D).

En el ejemplo de un componente de voladizo doble 14 pretende demostrarse que la geometría de un componente es decisiva para con qué intensidad y en qué dirección se generan tensiones en un componente durante su producción con un procedimiento de producción aditivo. El componente de voladizo doble se caracteriza porque una dirección espacial es especialmente susceptible de una acumulación de tensiones. Las figuras 2a a 2d y 3a a 3d muestran esquemáticamente las diferencias en la tensión y en la deformación final en función de la orientación del trayecto de exposición.

Una exposición mostrada en la figura 2a (bilineal en la dirección de tensión) en paralelo a la dirección de componente susceptible a la tensión, es decir a la dirección de tensión principal, tal como se muestra mediante las flechas para dos capas de componente sucesivas (capa n y capa n+1), da como resultado altas expansiones y tensiones, tal como se indica mediante las flechas en el componente de voladizo doble 14. Una rotación de 90° de los trayectos de exposición (bilineales con el cambio de 90° a través de segmentos o capas de componente) a través de segmentos y capas de componente conduce a una promediación de las expansiones transversalmente a y a lo largo de la dirección de exposición (véanse las figuras 2b y 2c). Mediante una exposición (bilineal transversalmente a la dirección de tensión principal) transversalmente a la dirección susceptible, es decir a la dirección de tensión principal, las tensiones a través de la nervadura superior larga del componente de voladizo doble son muy reducidas, de modo que en este caso se genera una tensión mínima (véase la figura 2d).

Las figuras 3a a 3d muestran esquemáticamente la deformación final con respecto a las respectivas figuras 2 a 2d, que resulta de la separación del componente de voladizo doble de una plataforma de construcción 14 y se corrige con la tensión propia previa. En este caso es válido para el pandeo dibujado a, b, c y d en el centro: a>b ~ c>d.

La figura 4 muestra resultados de medición para la validación experimental de las suposiciones para las muestras a a d de un componente de voladizo doble, durante cuya producción aditiva se han usado los trayectos de exposición mostrados en las figuras 2a a 2d. Se establecieron aperturas máximas en los extremos más externos del componente de voladizo doble. La apertura máxima (deformación final) era la mayor en la muestra a y la menor en la muestra b.

La figura 5 muestra un ejemplo adicional de un componente concebible. Se trata de un componente en forma de cruz 10, que presenta dos direcciones susceptibles de tensión. En este caso, la dirección de tensión principal 15 también depende del sitio dentro de una capa de componente, tal como pretende indicarse mediante las flechas. A este respecto resultan correspondientemente al ángulo entre la orientación del trayecto de exposición y de la dirección de tensión principal tensiones de tracción con una magnitud diferente de manera correspondiente en los cuatro brazos del componente en forma de cruz 10. Las figuras 6a a 6c muestran esquemáticamente la magnitud de las tensiones generadas en función de la estrategia de barrido usada o del patrón de barrido usado. En el caso de trayectos de exposición orientados de la misma manera para los cuatro brazos, como se indica mediante flechas en las zonas externas de los cuatro brazos (véase la figura 6a), se generan a lo largo de un eje tensiones máximas y a lo largo del eje ortogonal al mismo tensiones mínimas, tal como se indica mediante las flechas (direcciones de tensiones principales 15) en el centro del componente en forma de cruz (véase la figura 6a). Mediante un mezclado de diferentes orientaciones de los trayectos de exposición se obtiene una tensión media, que presenta la misma magnitud en los cuatro brazos (véase la figura 6b). En el caso de un diseño de los trayectos de exposición de manera ortogonal a la respectiva dirección de tensión principal 15 se obtiene una tensión mínima en los cuatro brazos (véase la figura 6c). A este respecto, las tensiones máximas en el caso mostrado en la figura 6a son mayores que en el caso mostrado en la figura 6b y estas a su vez mayores que aquellas en el caso mostrado en la figura 6c.

Por medio de la figura 7 pretende abordarse brevemente un cambio de la dirección de tensión principal entre dos capas de componente de un componente 10 durante una producción por medio de un procedimiento de producción aditivo. A este respecto puede observarse un cambio directo de la dirección de tensión principal 15, que está indicado en la figura 7a mediante flechas que se extienden de izquierda a derecha o de derecha a izquierda y en la figura 7b mediante flechas que se extienden de delante atrás o de atrás adelante, con la variación de la relación de longitud-anchura de la sección transversal del componente. Las figuras 7a y 7b muestran tanto el cambio de la dirección de tensión principal debido a una variación de la sección transversal como la orientación ortogonal asociada de los trayectos de exposición.

De manera muy general, mediante el diseño de los vectores de barrido gracias a resultados de simulación pueden conseguirse una deformación final reducida así como menores tensiones y expansiones plásticas. Para minimizar expansiones altas en la dirección de deformación sensible debida a la geometría del componente (deformación final) y la formación de grietas, es especialmente ventajoso seleccionar la trama para una nueva capa de componente que debe aplicarse 10, de modo que los vectores de barrido discurran en perpendicular a, tras la aplicación de la capa de componente, las direcciones de tensiones principales existentes en la misma, dado que las expansiones son esencialmente menores transversalmente a la dirección de barrido. Para implementar esto técnicamente puede llevarse a cabo por ejemplo previamente una subdivisión en zonas parciales o segmentos. A este respecto, en una forma de realización a cada segmento está asignada una única alineación de vector de barrido, que resulta del campo de tensión dentro de un segmento. A este respecto, los tamaños de segmento pueden encontrarse en un intervalo de por ejemplo un milímetro a diez milímetros. El tamaño de segmento puede seleccionarse en general libremente y puede corresponder a la resolución, con la que se adapta la exposición a la dirección de tensión. Ventajosamente, el tamaño de segmento se selecciona de manera apropiada a la geometría y/o al tamaño del componente. Cuando la geometría del componente es por ejemplo muy compleja, la dirección de tensión principal varía con frecuencia y entonces deben usarse segmentos más bien pequeños.

Según una forma de realización particular de la presente invención, para el cálculo de la dirección de tensión principal se utiliza entonces un modelo de proceso mecánicamente estático, que se resuelve numéricamente mediante el método de los elementos finitos (MEF). A este respecto se traslada en primer lugar el componente (CAD) a una red de cálculo de elementos finitos. Para poder reproducir la construcción por capas del componente, la red de cálculo debe construirse ventajosamente de tal manera que pueda descomponerse en capas. Para ahorrar tiempos de cálculo, los grosores de capa en la simulación numérica son en la mayoría de los casos esencialmente mayores que los usados en un proceso real. Mediante una desactivación de todos los elementos (ninguna interacción física) al principio y una activación por capas de las capas, es decir por ejemplo la adición de una nueva capa al modelo de cálculo, puede representarse entonces la construcción del componente. Según una forma de realización particular de la presente invención, tras una activación de una capa se añade entonces a esta capa en cada caso una expansión volumétrica negativa como condición secundaria, que debe corresponder a la carga debida a la contracción térmica durante el enfriamiento. Esta es en el caso normal anisotrópica. Para la determinación de la dirección de tensión principal debe usarse en este caso según de la presente invención una expansión isotrópica (expansión igual en todas las direcciones espaciales), para no tener ninguna influencia de los trayectos de exposición, tampoco definidos todavía en el momento.

Según la presente invención se observa entonces en cada caso la situación, que resulta tras la acción de expansiones volumétricas negativas isotrópicas sobre una capa dentro de esa capa. Entonces se observa en cada caso la situación que resulta tras la acción de expansiones volumétricas negativas isotrópicas sobre una capa dentro de esa capa. La figura 8 muestra la asignación de puntos calculados 16 de una simulación con capas 18 con un grosor mayor que aquel de capas de componente 20 en un proceso real. La superposición de los tensores de tensión para Ns puntos de cálculo que se encuentran en un segmento S con una distancia z máxima de un grosor de capa simulado debe determinar entonces la dirección de los vectores de barrido.

del tensor de tensión Z resultan de la solución del problema de valor propio del tensor de tensión.

La dirección de tensión principal ^ corresponde entonces al vector propio para el valor propio máximo

siendo I una matriz unitaria. Para la orientación de los vectores de barrido en el segmento S se evalúa entonces en ángulo de manera ortogonal a ello dentro del plano (x, y).

Así pueden llenarse entonces todos los segmentos que deben exponerse Si con vectores alternantes en la respectiva dirección . A este respecto, la secuencia de exposición así como una división de los trayectos de exposición en segmentos pueden seleccionarse además de manera arbitraria.

Para poder predecir las expansiones y tensiones de un componente tras un procedimiento de producción aditivo y derivar de ello una estrategia de barrido óptima (véase anteriormente), según una forma de realización particular de la presente invención se realiza previamente un cálculo, que no se basa en ningún trayecto de exposición concreto. El verdadero estado de expansión anisotrópica dentro de un segmento (mayor expansión en la dirección de barrido) se sustituye para ello por uno isotrópico, en el que la magnitud de la expansión en las tres direcciones espaciales es igual. Mediante la utilización de esta expansión se desprecia la influencia de los trayectos de exposición, de modo que la magnitud y la dirección de las tensiones resultan solo de la geometría del componente.

Las figuras 9a a 9c muestran para un componente en forma de cruz, tal como por ejemplo el componente 10 representado esquemáticamente en la figura 5, que presenta dos direcciones sensibles a la deformación, diferentes patrones de barrido. El patrón de barrido mostrado en la figura 9a ha resultado del hecho que para todas las capas se calculó una segmentación (por ejemplo 5 mm X 5 mm). Así, según el algoritmo descrito anteriormente pudo encontrarse un ángulo en el plano (x, y) para cada segmento, que es perpendicular a la dirección de tensión principal (en la proyección sobre la capa). Como se indica mediante las flechas, los vectores de barrido 21 de los dos ejes que se cruzan discurren por una gran parte en cada caso en ángulo recto a ello. Únicamente para zonas de borde externas así como alrededor del punto central resultan zonas de transición para la orientación de los vectores de barrido. A esto se le confrontan estrategias de barrido o patrones de barrido en el estado de la técnica (véanse las figuras 9b y 9c). A este respecto, los tamaños de segmento típicos se encuentran en el intervalo entre aproximadamente 2 mm y aproximadamente 5 mm. En la figura 9b, el patrón de barrido consiste en un patrón de tablero de ajedrez con una rotación de 90° a través de los segmentos, de los que solo algunos están identificados con el número de referencia 22. En la figura 9c existe una rotación de 90° de los vectores de barrido a través de capas de componente sucesivas 24 y 26. A menudo se seleccionan también ángulos distintos al ángulo de 90°.

Tras la separación del componente 10 de la plataforma de construcción 12 (véase por ejemplo la figura 1) y la relajación de las tensiones, en el componente hay mayores tensiones propias residuales. El motivo para ello es que las tensiones están dirigidas transversalmente a la dirección de deformación y debido a la alta rigidez del componente no pueden relajarse las tensiones dirigidas transversalmente durante el corte. La magnitud de la expansión o tensión máxima es, debido a la estrategia de barrido mostrada por ejemplo en la figura 9a o el patrón de barrido mostrado en la misma, menor que en los procedimientos conocidos en el estado de la técnica, dado que una acumulación de las expansiones a lo largo de la longitud esencialmente menor (en este caso anchura de nervadura superior) conduce a valores menores (véase mecánica del continuo estacionaria). Asumiendo un modelo de material elástico-plástico, mediante el diseño transversalmente a la dirección de tensión principal se consigue una reducción de las expansiones plásticas. Estas últimas pueden entenderse como un daño del material, que durante el proceso de construcción debido a la carga por capas adicionales puede conducir a la formación de grietas y desgarros, que a menudo significan una interrupción del procedimiento de producción. La suposición de la exposición que minimiza la tensión pudo confirmarse de manera tanto simulativa como experimental. Las figuras 10a a 10c proporcionan una comparación de resultados de simulación (deformación final tras la separación de la plataforma de construcción) para la exposición mostrada por ejemplo en la figura 9a y las dos exposiciones habituales mostradas en las figuras 9b y 9c. La asimetría se produce debido a la última capa, que en este caso se expone en la dirección x. La influencia en un proceso real es algo menor, dado que las capas en el proceso real solo presentan aproximadamente 1/10 del grosor del de la simulación. Puede reconocerse claramente que en el caso de una dirección de barrido ortogonal a la dirección de tensión principal la deformación final o la flexión es claramente menor que en las figuras 10b y 10c (véase la figura 10a). Esto se confirmó también experimentalmente con ayuda de un microscopio.

Lista de signos de referencia

10 componente

12 plataforma de construcción

14 componente de voladizo doble

15 dirección de tensión principal

16 puntos calculados

18 capa

19 celda de cálculo

20 capas de componente

21 vector de barrido

22 segmentos

24 capa de componente

26 capa de componente

28 eje medial

a, b, c, d pandeo

S segmento

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   i. Procedimiento de producción aditivo para producir un componente tridimensional (10; 14) a partir de varias capas de componente mediante la adición múltiple incremental, en particular por capas, de material de partida de componente en forma de polvo, de alambre o de cinta y, en particular la solidificación conformadora, incremental, mediante la respectiva fusión y/o sinterización selectiva del material de partida de componente por medio de una cantidad de calor aportada según una estrategia de barrido mediante al menos una fuente de energía, comprendiendo la estrategia de barrido un patrón de barrido, que comprende una trama, seleccionándose la dirección de los vectores de barrido (21) de la trama para una respectiva capa de componente de manera específica para la geometría del componente, caracterizado porque la trama para una nueva capa de componente que debe aplicarse se selecciona de tal manera que los vectores de barrido (21) discurren en perpendicular con una desviación de como máximo ± 45° a, tras la aplicación de la capa de componente, la dirección de tensión principal existente en la misma, seleccionándose la dirección de tensión principal basándose en una simulación numérica, usándose para la determinación de la dirección de tensión principal una expansión isotrópica, para no tener ninguna influencia de la trama todavía no definida en el momento, observándose la situación que resulta tras la acción de expansiones volumétricas negativas isotrópicas sobre una capa dentro de esa capa.

   2. Procedimiento según la reivindicación 1, despreciándose en la simulación numérica de la dirección de tensión principal (15) una posible influencia de un patrón de barrido.

   3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, utilizándose para la simulación de la dirección de tensión principal un modelo de proceso mecánicamente estático.

   4. Procedimiento según la reivindicación 3, resolviéndose numéricamente el modelo de proceso mediante el método de los elementos finitos (MEF).

   5. Procedimiento según la reivindicación 4, trasladándose un modelo CAD del componente (10; 14) a una red de elementos finitos, pudiendo descomponerse en capas la red para la reproducción de las capas de componente del componente (10; 14).

   6. Procedimiento según la reivindicación 5, seleccionándose para la simulación de la dirección de tensión principal (15) el grosor simulado de las capas (18) mayor que en el proceso real.

   7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, subdividiéndose la trama en al menos dos zonas parciales.

   8. Procedimiento según la reivindicación 7, seleccionándose la forma y/o el tamaño de las zonas parciales en función de la geometría y/o el tamaño del componente y/o de la distribución de tensiones en el componente.

   9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, seleccionándose cada una de la trama ya antes del inicio de la aplicación del material de partida de componente.

   10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la solidificación solo tiene lugar tras una adición de una capa de componente a partir del material de partida de componente.

   11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la solidificación tiene lugar al mismo tiempo que la adición del material de partida de componente.

   12. Procedimiento para controlar un dispositivo para la producción aditiva de un componente tridimensional (10;

   14) a partir de varias capas de componente, en particular según un procedimiento de producción según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:

   - alinear al menos una fuente de energía, en particular un haz, en particular un haz láser o de electrones, con partículas de polvo sobre una superficie que debe recubrirse o una capa de un material de partida de componente en forma de polvo, de alambre o de cinta y

   - desviar la al menos una fuente de energía sobre la superficie o la capa a partir de un material de partida de componente de manera correspondiente a una estrategia de barrido, que comprende un patrón de barrido, que comprende una trama, seleccionándose la dirección de los vectores de barrido (21) de la trama para una respectiva capa de componente de manera específica para la geometría del componente, caracterizado porque la al menos una fuente de energía se desvía sobre la superficie o capa a partir del material de partida de componente de tal manera que los vectores de barrido discurren en perpendicular con una desviación de como máximo ± 45° a, tras la aplicación de la capa de componente, la dirección de tensión principal existente en la misma, seleccionándose la trama para una nueva capa de componente que debe aplicarse de tal manera que los vectores de barrido (21) discurren en perpendicular con una desviación de como máximo ± 45° a, tras la aplicación de la capa de componente, la dirección de tensión principal existente en la misma, seleccionándose la dirección de tensión principal basándose en una simulación numérica, usándose para la determinación de la dirección de tensión principal una expansión isotrópica, para no tener ninguna influencia de la trama todavía no definida en el momento, observándose la situación que resulta tras la acción de expansiones volumétricas negativas isotrópicas sobre una capa dentro de esa capa.