WO2012048982A1 - Verfahren zum herstellen eines prüfkörpers mit einem additiven fertigungsverfahren, prüfverfahren für ein solches additives fertigungsverfahren und cad-datensatz für einen solchen prüfkörper - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines prüfkörpers mit einem additiven fertigungsverfahren, prüfverfahren für ein solches additives fertigungsverfahren und cad-datensatz für einen solchen prüfkörper Download PDF

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WO2012048982A1
WO2012048982A1 PCT/EP2011/066006 EP2011066006W WO2012048982A1 WO 2012048982 A1 WO2012048982 A1 WO 2012048982A1 EP 2011066006 W EP2011066006 W EP 2011066006W WO 2012048982 A1 WO2012048982 A1 WO 2012048982A1
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test
tensile
specimen
geometry
bending
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PCT/EP2011/066006
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Ömer AYDIN
Olaf Rehme
Martin Schäfer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/40—Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a test body with a powder bed-based additive
  • Bending section formed on a base, at the ends of which areas are provided for clamping.
  • tensile specimens as well as bending specimens must be clamped in a suitable experimental device so that the forces necessary for the test can be applied to the tensile or
  • Bending section can act. Tensile specimens are subjected to tensile stress, the typical material properties indicating the strength (yield strength,
  • Elongation at break, etc. can be determined. Bending sections can be subjected to bending, whereby from this characteristic values for the strength of the sample can be derived. Another common attempt is the impact test flexure test. In this case, the notch impact work is determined, whereby this characteristic value provides information about a rather brittle or rather ductile behavior of the sample.
  • Test specimen produced and subsequently examined is to note here that the examination of the additive
  • a CAD data set is required.
  • a CAD data record in connection with this invention is understood, for example, as a 3D data record in one of the conventional formats, but in particular also as a so-called slice data record z (layer data record), as is typically the case with additive data
  • the invention finally also relates to a CAD data record for a
  • Manufacturing process in particular laser melting is suitable, wherein the test specimen should have a tensile or bending section, at the ends of which areas are provided for clamping.
  • the manufactured component will receive the desired geometry.
  • the object of the invention is a method for producing a test specimen having an additive
  • test specimen with one of the
  • test specimens should also be produced in such a way that they achieve their desired geometry by taking into account specific deviations in the production of the actual geometry. In this case, for example, empirical values in dealing with the test specimens according to the invention can be taken into account so that a test specimen having the desired nominal geometry can be produced. This can be advantageous
  • Test specimens are used according to the invention for several strigSchsuchungen. In any case, the test specimen shows whether the desired geometry was at least substantially achieved in the expected manner. Then the prescriptions made by manufacturing with the actual geometry have been correctly estimated. However, if the target geometry is not achieved, the specifications were incorrect and must be corrected appropriately. However, this is easier to do in the manufacture of the specimen than in the production of the planned to be produced
  • test specimen has a relatively simple geometry, moreover, the test specimen can be used in various design components, so that over time empirical values are available as to how this specimen behaves.
  • test specimen if it reaches the desired geometry at least substantially, also come for a destructive material testing in a tensile or bending test used.
  • no further specimens must be generated for this purpose, which
  • the construction platform As a base for the production of the test specimen usually the construction platform will be used, which also finds use as a basis for the construction component to be produced. However, it is especially with larger ones
  • Design component is used. This can also ensure that the test specimen the prevailing conditions in the additive manufacturing process in
  • Manufacturing process can be produced and the sample can have a smaller volume with almost geicher meaningfulness.
  • a flat trained train or
  • Post-processing of the surfaces of the specimen be necessary. For example, there are tensile tests performed on polished tensile bars because the surface of the tensile specimen also affects the test result. If the measurement data of the test specimen are to be compared with corresponding literature values for polished specimens, then a post-processing is required
  • Another advantage of a flat formed tensile or bending section is that it can be made in the additive manufacturing process in a situation that provokes relatively large deviations in shape.
  • the flat cross-section can be made so that the large areas (i.e., top and bottom) are horizontal.
  • the test specimen is produced on the base so that the tensile or
  • Bending portion is aligned substantially parallel to the pad. This also has the advantage that the
  • Test specimen has a low component height and therefore can be produced with relatively few powder layers.
  • the test specimen on the pad with a support structure with a support structure
  • Test body lead to a deformation that produces the desired geometry of the specimen at least substantially.
  • the setting of comparatively high residual stresses and, associated therewith, a strong deviation of the produced actual geometry and the desired geometry which arises after the production are to be effected in the production of the test body.
  • test specimen can not be used for the destructive
  • Test specimens are used for a destructive material test. If, in connection with this invention, it is mentioned that the desired geometry must at least essentially be achieved, it is hereby meant that the desired geometry may have certain deviations, wherein, within the scope of these tolerances, the test specimen is destroying
  • Material testing has a still more accurate geometry.
  • the target geometry is then no longer at least substantially achieved when the tolerances are too large to a destructive material test with evaluable
  • Test specimens according to the invention in series production for ongoing quality assurance Is a specific one
  • Optimized design component basically made a specimen that has already been optimized to the extent that the target geometry is achieved exactly, even slight deviations from this target geometry in the test of the specimen are to be understood as an indicator that the manufacturing process has expired incorrectly ,
  • Test specimen this can be easily measured to rationally determine such deviations from the desired geometry. Only if this survey gives indications of possible problems in the additive manufacturing process, the
  • test specimen is produced on the substrate in such a way that it is firmly connected to the substrate at one end by means of a large area compared to the support structure.
  • This allows a particularly simple test method with regard to the achievement of the desired geometry of the test specimen.
  • the support structure After the preparation of the specimen to this only the support structure is removed, while the specimen remains firmly connected to the surface over the large area.
  • This area is only large compared to the support structure or its support elements (eg ribs). Based on the dimensions of the specimen, this area is relatively small, so that the specimen can already assume its desired geometry after removal of the support structure.
  • it is connected to the base over the large area in such a way that the base provides a reference area for measurements on the surface
  • Pad are measured and compared with a desired value, which would have to result in the exact setting of the target geometry.
  • test specimen is produced with at least one flat partial surface which lies obliquely to the layers produced by the production method.
  • the layers produced are defined by the powder bed and are usually parallel to the substrate.
  • An inclined surface allows the test specimen additionally for statements
  • test specimen can additionally assume the function that would otherwise be fulfilled by the production of the above-mentioned dimension pyramids.
  • said inclined partial surface is part of the tensile or bending section.
  • the fact that the surface of the tensile section is not parallel to the substrate is taken into account, since this would possibly lead to a lower surface quality of this surface than if it lies obliquely.
  • Test specimen can therefore be produced with sloping partial surfaces with a better quality.
  • the above object is achieved by the above-mentioned test method for a powder bed-based additive manufacturing process in that the
  • Test specimen is prepared in the manner indicated above. Subsequently, the specimen is examined for deviations of its geometry with respect to its nominal geometry as a tensile test or bending sample and then the specimen is subjected to a tensile or bending test.
  • a single specimen can be used for several investigations. Specifically, specimens subjected to destructive material testing, as well as specimens to be inspected for deviations in their geometry, must have a certain volume to
  • the deviations of the geometry of the specimen from its target geometry ie the geometry that automatically adjusts itself after production of the specimen due to its residual stress behavior, can be determined by measuring the
  • the test specimen can have suitable reference surfaces, so that, for example, its length or its height can be measured. It is
  • test specimen subsequently separated from the substrate, wherein the support structure is removed or at least severed, the test specimen leaves this produced actual geometry and should assume exactly the target geometry in a flawless process sequence of the additive manufacturing process.
  • This geometry is not referred to as actual geometry in the sense of this invention, although this is then real. However, smaller or larger deviations from this target geometry may result, and it is precisely these deviations that allow statements about possible problems in the course of the manufacturing process. But even this slightly different from the target geometry geometry is intended in Also not be referred to as actual geometry in connection with this invention.
  • Residual stress behavior and / or the dimensional accuracy of the sample are derived. It is possible, in particular in the case of a test specimen which remains on the substrate for measurement, to determine certain characteristic values which can then be related to certain actual conditions in the specimen. For example, the height of the test specimen
  • Test specimens are determined on the pad, which changes depending on the amount of delay and thus can close to a greater or smaller residual stress behavior.
  • a height range can be defined, within which the
  • Residual stress behavior is within the permissible limits.
  • test specimen is examined with regard to further characteristic values, one for the
  • a Hardness test with a measuring device which causes a violation of the surface in an area outside of the tensile or bending section done, for example in the areas for clamping the sample, their suitability for clamping by a minor violation of the surface not
  • Vickers method are determined. It can be examined its density, for example, an Archimedean measuring principle (measurement of displacement) can be used. It is particularly advantageous that the
  • separated part may have a defined volume and, for example, can be arranged in a region where comparatively small production-related deviations of actual and target geometry are present.
  • the above-mentioned object is achieved by the above-mentioned CAD data set in that the CAD data denote the test specimen with an actual geometry
  • CAD data set is suitable for being introduced into an additive manufacturing process in which, in addition to a construction component, the test specimen according to the invention is to be produced at the same time.
  • the test specimen produced can achieve the advantages already explained in detail above.
  • the CAD data also describe a support structure that allows the test specimen to be produced on a support in such a way that the support structure supports the support structure
  • Test specimen with the pad connects. This makes it possible to design the test specimen such that the
  • Test specimen in comparison to construction components has a comparatively simple geometry. Therefore, the degree of deviation of its actual geometry from the target geometry by comparatively simple parameters
  • Figure 1 is a test specimen, as he after a
  • Figure 2 shows a test specimen as a side view, in which
  • FIGS. 4 to 7 selected method steps of a
  • a test body 11 was produced on a base 12, which has a tension section 13 and regions 14 for clamping the test body in the course of a tensile test. This was produced in the illustrated actual geometry, whereby it is ensured in the production that this actual geometry is maintained. For this purpose, the specimen 11 with an area 15 directly on the
  • This area 15 belongs to the one of the areas 14 for clamping.
  • the remainder of the test specimen is rigidly connected to the support 12 via a support structure having a plurality of ribs 16.
  • the tension section 13 in FIG. 1 has further structural details. It is for example a constriction 17 provided in the train section 13, in this area the
  • test specimens visually or tactually to assess its dimensional accuracy.
  • test body 11 is produced with an actual geometry in which the course of the test body 11
  • Zugabiteses 13 is produced with a bending line 19. In this case, it is taken into account that, after removal of the ribs 16 in the direction of the indicated arrow 20, the test specimen turns into a nominal geometry, not shown in detail, with a straight symmetry line 21 of the flat design
  • Zugabiteses 13 deformed. It should be noted that the geometric relationships, in particular the deviations between the actual geometry and the target geometry in FIG. 1 as well as in all subsequent figures, have been greatly exaggerated in order to visualize the differences.
  • FIG. 2 a test body 11 is produced, which corresponds geometrically essentially to the test body 11 according to FIG. However, the production of this will be
  • Test body performed in comparison to Figure 1 in a rotated position by 90 °, so that in Figure 2, the narrow side of the flat trained Zugabitess 13 can be seen. Furthermore, the area 15 and the ribs 16 can be seen as a support structure.
  • the additive manufacturing process allows the preparation of the test specimen in individual layers 22, only partially are indicated.
  • the powder surrounding the test piece during manufacture is not shown.
  • clearly visible is the bending line 19 and the symmetry line 21, which belongs to the desired geometry 23 indicated by dot-dash lines. This set geometry comes as soon as the
  • the length 1 of the test specimen can be determined, for which purpose the two end faces are available as a reference.
  • the height h from the highest point of the test piece 11 towards the base 12 can be measured, wherein the angle at which the test piece 11 stands to the base 12 is precisely defined by the comparatively stiff area 15.
  • a test specimen with a bending section 25 is produced. This lies between the areas 14 for clamping. If, for example, a notched bar impact test is to be carried out with the test specimen, the
  • the specimen can also by a
  • the bending section 25 is manufactured with an orientation oblique to the base 12 has been.
  • the ribs 16 support the bending portion on the side facing away from the viewer similar to the roof beams of a roof truss. It can also be seen that the
  • Bending section is produced with a bending line 19 and after the separation of the specimen straight
  • FIG. 4 shows a highly simplified test specimen, with a view corresponding to FIG. 2 chosen. Only the bending line 19 is shown. It's too
  • Assess the gradation of the layers 22 can be used.
  • Deviation is measurable. This deviation is exaggerated and indicates a kind of overcompensation of
  • FIG. 6 indicates how the specimen according to FIG. 4 can be tested after separation in a tensile test after it has been produced with the parameters corrected according to FIG.
  • the tensile force F is indicated by arrows
  • Cutting surface which can be examined, for example joining technique.
  • the separated part can also be used for a
  • Density test can be used.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Prüfkörpers (11) mit einem pulverbett-basierten, additiven Fertigungsverfahren wie Laserschmelzen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Prüfkörper (11), der beispielsweise für Zugversuche dienen kann, absichtlich mit einer von der Soll-Geometrie (23) abweichenden Ist-Geometrie (Biegelinie 19) hergestellt wird. Nach Abtrennen von Stützstrukturen (16) verformt sich der Prüfkörper in die Soll-Geometrie (23) (gerade Symmetrielinie 21) und steht so der Zugprüfung zur Verfügung. Gleichzeitig lassen sich aber auch Aussagen über die Maßhaltigkeit des erzeugten Bauteils (1, h) treffen, wobei bei einem vorhergesehenen Verlauf des Fertigungsverfahrens genau die Soll-Geometrie des Prüfkörpers entstehen soll und Abweichungen von dieser analysiert werden müssen. Dieses Prüfverfahren ist ebenfalls unter Schutz gestellt. Außerdem betrifft die Erfindung auch einen CAD-Datensatz, der die Daten des genannten Prüfkörpers enthält.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines Prüfkörpers mit einem
additiven Fertigungsverfahren, Prüfverfahren für ein solches additives Fertigungsverfahren und CAD-Datensatz für einen solchen Prüfkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Prüfkörpers mit einem pulverbett-basierten additiven
Fertigungsverfahren, insbesondere Laserschmelzen. Bei diesem Verfahren wird der Prüfkörper mit einen Zug- oder
Biegeabschnitt auf einer Unterlage ausgebildet, an dessen Enden Bereiche zur Einspannung vorgesehen sind. Sowohl
Zugproben als auch Biegeproben müssen nämlich in eine geeignete Versuchsvorrichtung eingespannt werden, damit die für die Prüfung notwendigen Kräfte auf den Zug- oder
Biegeabschnitt einwirken können. Zugproben werden dabei auf Zug belastet, wobei die typischen Werkstoff-Kennwerte, die die Festigkeit angeben, (Streck- oder Dehngrenze,
Bruchdehnung usw.) ermittelt werden können. Biegeabschnitte können auf Biegung beansprucht werden, wobei auch hieraus Kennwerte für die Festigkeit der Probe hergeleitet werden können. Ein anderer üblicher Versuch ist der Kerbschlag- Biegeversuch. Hierbei wird die Kerbschlagarbeit ermittelt, wobei dieser Kennwert Aufschluss über ein eher sprödes oder eher duktiles Verhalten der Probe ermöglicht.
Demgemäß ist weiterhin Gegenstand der Erfindung ein
Prüfverfahren für pulverbett-basierte additive
Fertigungsverfahren wie Laserschmelzen, bei dem ein
Prüfkörper hergestellt und anschließend untersucht wird bemerken ist hierbei, dass die Prüfung des additiven
Fertigungsverfahrens indirekt über die Untersuchung des hergestellten Prüfkörpers erfolgt. Hierbei kann bei bestimmten Verfahrensparametern des additiven
Fertigungsverfahrens davon ausgegangen werden, dass sich ein Prüfkörper mit bestimmten Eigenschaften herstellen lassen muss. Wenn diese Eigenschaften beim Prüfkörper nicht
nachgewiesen werden können, so kann eine Fehlersuche im
Herstellungsprozess zu Verbesserungen des Prüfergebnisses führen .
Um einen Prüfkörper der genannten Art mit einem additiven Fertigungsverfahren herstellen zu können, ist ein CAD- Datensatz erforderlich. Als CAD-Datensatz im Zusammenhang mit dieser Erfindung ist im weiteren Sinne beispielsweise ein 3D- Datensatz in einem der gebräuchlichen Formate, im Besonderen aber auch ein sogenannter Slice-Datensat z (Schicht-Datensatz) zu verstehen, wie diese typischerweise bei additiven
Fertigungverfahren zum Einsatz kommen. Daher betrifft die Erfindung zuletzt auch einen CAD-Datensatz für einen
Prüfkörper, der für pulverbett-basierte additive
Fertigungsverfahren, insbesondere Laserschmelzen geeignet ist, wobei der Prüfkörper einen Zug- oder Biegeabschnitt aufweisen soll, an dessen Enden Bereiche zur Einspannung vorgesehen sind.
Aus der EP 1 486 317 Bl ist es an sich bekannt, dass additive Fertigungsverfahren bewertet werden können, indem
beispielsweise zusammen mit dem herzustellenden Produkt sogenannte iterative Verbesserungsprüfkörper, wie Zugproben, Dichtewürfel, Dimensionspyramiden oder Biegeproben,
hergestellt werden können. Diese Prüfkörper können nach ihrer Herstellung untersucht werden und dienen einer iterativen Verbesserung des additiven Fertigungsverfahrens, wobei das herzustellende Produkt hierbei in seiner Qualität
schrittweise verbessert wird. Aus der DE 10 2004 009 126 AI ist außerdem bekannt, dass eine derartige iterative Verbesserung auch hinsichtlich der Maßhaltigkeit der
herzustellenden Teile erfolgen kann. Hierbei werden
Kompensationsdatensätze erstellt, die mit den Datensätzen, die die Geometrie des herzustellenden Bauteils beinhalten, kombiniert werden. Es werden sozusagen bewusst Bauteile mit einer von der Sollgeometrie abweichenden Ist-Geometrie hergestellt, wobei die Ist-Geometrie genau diejenigen
herstellungsbedingten Formänderungen berücksichtigt, die durch das iterative Optimierungsverfahren für ein bestimmtes Bauteil festgestellt wurden. Im Ergebnis wird daher das hergestellte Bauteil die Soll-Geometrie erhalten.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Prüfkörpers mit einem additiven
Fertigungsverfahren, ein Prüfverfahren für ein solches additives Fertigungsverfahren, bei dem ein solcher Prüfkörper hergestellt wird, bzw. einen CAD-Datensatz für einen solchen Prüfkörper anzugeben, welcher bei vergleichsweise geringem Fertigungs- und Materialaufwand möglichst weitreichende
Aussagen bezüglich der Qualität eines Prozesslaufes von additiven Fertigungsverfahren zulässt.
Diese Aufgabe wird durch das eingangs angegebene Verfahren zum Herstellen eines Prüfkörpers dadurch gelöst, dass der Prüfkörper mit einer Geometrie abweichend von seiner Soll- Geometrie als Zugprobe bzw. Biegeprobe derart hergestellt wird, dass die sich beim Herstellen ausbildenden
Eigenspannungen den Prüfkörper dahingehend verformen, dass dieser die Sollgeometrie zumindest im Wesentlichen annimmt. Diese Maßnahme, einen Prüfkörper mit einer von der
Sollgeometrie abweichenden, die Gegebenheiten des
Fertigungsverfahren berücksichtigenden Geometrie
herzustellen, wie dies zur Herstellung von
Konstruktionsbauteilen bereits erfolgt, ist für die Herstellung von Proben nach dem Stand der Technik bisher nicht vorgesehen worden. Die Proben werden üblicherweise nämlich in ihrer Soll-Geometrie hergestellt, da sie als Referenzbauteil dienen sollen, um Abweichungen von der Soll- Geometrie durch anschließende Vermessung zu ermitteln. Erst durch die Ermittlung dieser Daten können dann Maßnahmen ergriffen werden, die bei den Konstruktionsbauteilen, die eigentlich herzustellen sind, zu einer Verbesserung des Herstellungsergebnisses führen. Erfindungsgemäß sollen allerdings ebenso die Prüfkörper derart hergestellt werden, dass diese ihre Soll-Geometrie durch Berücksichtigung gezielter Abweichungen bei der Herstellung der Ist-Geometrie erreichen. Hierbei können beispielsweise Erfahrungswerte im Umgang mit den erfindungsgemäßen Prüfkörpern berücksichtigt werden, so dass sich ein Prüfkörper mit der gewünschten Soll Geometrie herstellen lässt. Vorteilhaft kann dieser
Prüfkörper erfindungsgemäß für mehrere PrüfUntersuchungen herangezogen werden. Auf jeden Fall zeigt der Prüfkörper, ob die Soll-Geometrie in der erwarteten Weise zumindest im Wesentlichen erreicht wurde. Dann sind die Vorgaben, die durch die Herstellung mit der Ist-Geometrie gemacht wurden, richtig eingeschätzt worden. Wird die Soll-Geometrie jedoch nicht erreicht, so waren die Vorgaben falsch und müssen in geeigneter Weise korrigiert werden. Dies ist jedoch bei der Herstellung des Prüfkörpers leichter möglich als bei der Herstellung des geplanten herzustellenden
Konstruktionsbauteils. Zum einen weist der Prüfkörper eine verhältnismäßig einfache Geometrie auf, außerdem kann der Prüfkörper bei verschiedenen Konstruktionsbauteilen zur Anwendung kommen, so dass mit der Zeit Erfahrungswerte vorliegen, wie sich dieser Prüfkörper verhält. Eine
Optimierung bei einer Modifikation der Parameter des
additiven Fertigungsverfahrens kann daher schneller erfolgen wodurch vorteilhaft Iterationsschritte beim Auffinden der optimalen Parameter für ein bestimmtes Konstruktionsbauteil eingespart werden können. Außerdem kann der Prüfkörper, wenn er die Soll-Geometrie zumindest im Wesentlichen erreicht, auch für eine zerstörende Werkstoffprüfung bei einem Zugoder Biegeversuch zum Einsatz kommen. Vorteilhaft muss hierzu dann kein weiterer Prüfkörper erzeugt werden, wodurch
Herstellungszeiten sowie Material vorteilhaft eingespart werden können. Die zerstörende Werkstoffprüfung erfolgt erst, nachdem Aussagen zum Erreichen der Soll-Geometrie des
Prüflings vorliegen.
Als Unterlage zur Herstellung des Prüfkörpers wird gewöhnlich die Bauplattform Verwendung finden, welche auch als Basis für das herzustellende Konstruktionsbauteil Verwendung findet. Allerdings ist es insbesondere bei größeren
Konstruktionsbauteilen auch denkbar, dass als Unterlage für die Herstellung des Prüflings eine Zone des
Konstruktionsbauteils zum Einsatz kommt. Hierdurch kann auch sichergestellt werden, dass der Prüfkörper die herrschenden Verhältnisse bei dem additiven Fertigungsverfahren in
bestimmten Zonen des herzustellenden Konstruktionsbauteils wiedergibt. Demgemäß können bei größeren
Konstruktionsbauteilen auch mehrere Prüfkörper an
unterschiedlichen Stellen in der Prozesskammer hergestellt werden .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zug- oder Biegeabschnitt flach
ausgebildet ist. Dies hat zum einen den Vorteil, dass sich dieser vergleichsweise einfach mit dem additiven
Fertigungsverfahren herstellen lässt und die Probe ein geringeres Volumen bei nahezu geicher Aussagekraft aufweisen kann. Außerdem kann ein flach ausgebildeter Zug- oder
Biegeabschnitt sowohl für Zugversuche als auch für Biegeversuche Verwendung finden. Abhängig vom verwendeten zerstörenden Werkstoffprüfverfahren kann auch eine
Nachbearbeitung der Oberflächen des Prüfkörpers notwendig sein. Es gibt beispielsweise Zugversuche, die mit polierten Zugstäben durchgeführt werden, da die Oberfläche der Zugprobe auch das Prüfergebnis beeinflusst. Sollen die Messdaten des Prüfkörpers mit entsprechenden Literaturwerten für polierte Proben verglichen werden, so ist eine Nachbearbeitung
erforderlich .
Ein weiterer Vorteil eines flach ausgebildeten Zug- oder Biegeabschnittes liegt darin, dass dieser bei dem additiven Fertigungsverfahren in einer Lage hergestellt werden kann, die vergleichsweise große Formabweichungen provoziert.
Beispielsweise kann der flache Querschnitt so hergestellt werden, dass die großen Flächen (d. h. die Oberseite und die Unterseite) waagerecht liegen. Dabei wird der Prüfkörper auf der Unterlage so hergestellt, dass der Zug- oder
Biegeabschnitt im Wesentlichen parallel zu der Unterlage ausgerichtet ist. Dies hat auch den Vorteil, dass der
Prüfkörper eine geringe Bauteilhöhe aufweist und daher mit vergleichsweise wenigen Pulverlagen hergestellt werden kann.
Außerdem ist in dieser Lage der zu erwartende Verzug des hergestellten Prüfkörpers vergleichsweise groß. Daher wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Prüfkörper auf der Unterlage mit einer Stützstruktur
hergestellt, die den Prüfkörper mit der Unterlage verbindet. Dies bedeutet, dass sich die vergleichsweise großen
Eigenspannungen, die sich bei der Herstellung des Prüfkörpers in der genannten Lage ergeben, und erfindungsgemäß auch erwünscht sind, nicht dahingehend auswirken, dass sich bereits während der Herstellung des Prüfkörpers die Soll- Geometrie einstellt. Da der Prüfkörper in der von der Soll- Geometrie abweichenden Ist-Geometrie hergestellt werden soll, würde eine solche Verformung während der Herstellung zu einem Abbruch des Fertigungsverfahrens führen, da sich das Bauteil während der Herstellung nicht verformen darf. Eine solche Verformung wird erfindungsgemäß durch die Stützstruktur verhindert, die eine starre Verbindung des sich im Aufbau befindlichen Prüfkörpers mit der im Vergleich zum Prüfkörper sehr starren Unterlage herstellt. Nach Abschluss des
Herstellungsverfahrens für den Prüfkörper wird die
Stützstruktur entfernt, so dass die Eigenspannungen im
Prüfkörper zu einer Verformung führen, die die Soll-Geometrie des Prüfkörpers zumindest im Wesentlichen herstellt.
Erfindungsgemäß soll bei der Herstellung des Prüfkörpers die Einstellung vergleichsweise hoher Eigenspannungen und damit verbunden einer starken Abweichung der hergestellten Ist- Geometrie und der sich nach der Herstellung einstellenden Soll-Geometrie bewirkt werden. Dies hat nämlich den Vorteil, dass sich die Soll-Geometrie bereits bei nur geringen
Schwankungen bei den Verfahrensparametern nicht mehr im
Wesentlichen (d. h. innerhalb eines vorgegebenen
Toleranzbereiches) erzeugen lässt, so dass dies als Indikator dafür gedeutet werden kann, dass ein Optimierungsbedarf beim betreffenden additiven Fertigungsverfahren besteht. Zwar kann in diesem Fall der Prüfkörper nicht für die zerstörende
Werkstoffprüfung genutzt werden. Da sich die Soll-Geometrie nicht genügend genau eingestellt hat, ist dies aber auch nicht erforderlich, da ohnehin das Fertigungsverfahren hinsichtlich seiner Parameter noch verbessert werden muss. Daher ist ohnehin die Herstellung eines weiteren Prüfkörpers mit einer mit einer genaueren Erreichung der Sollgeometrie erforderlich. Wenn dies gelungen ist, kann der genauere
Prüfkörper für eine zerstörende Werkstoffprüfung genutzt werden . Wenn im Zusammenhang mit dieser Erfindung davon die Rede ist, dass die Soll-Geometrie zumindest im Wesentlichen erreicht werden muss, so ist hiermit gemeint, dass die Soll-Geometrie gewisse Abweichungen aufweisen darf, wobei im Rahmen dieser Toleranzen der Prüfkörper für eine zerstörende
Werkstoffprüfung eine noch hinreichend genauere Geometrie aufweist. Die Soll-Geometrie wird dann nicht mehr zumindest im Wesentlichen erreicht, wenn die Toleranzen zu groß sind, um eine zerstörende Werkstoffprüfung mit auswertbaren
Ergebnissen zu gewährleisten (beispielsweise Zug- oder
Biegeversuch) .
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des
erfindungsgemäßen Prüfkörpers in der Serienproduktion zur laufenden Qualitätssicherung. Ist ein bestimmtes
Konstruktionsbauteil hinsichtlich der Parameter des additiven Fertigungsverfahrens einmal optimiert, so kann es dennoch anschließend zu Schwankungen in der Qualität kommen, die beispielsweise mit einer Alterung der Fertigungsanlage oder Schwankungen bei der Beschaffenheit des verwendeten Pulvers zusammenhängen können. Wird mit dem zu fertigenden,
optimierten Konstruktionsbauteil grundsätzlich ein Prüfkörper hergestellt, der bereits auch soweit optimiert wurde, dass die Soll-Geometrie genau erreicht wird, so sind bereits geringste Abweichungen von dieser Soll-Geometrie bei der Prüfung des Prüfkörpers als Indikator dafür zu verstehen, dass der Fertigungsprozess fehlerhaft abgelaufen ist.
Aufgrund der vergleichsweise einfachen Geometrie des
Prüfkörpers kann dieser leicht vermessen werden, um solche Abweichungen von der Soll-Geometrie rationell zu ermitteln. Nur wenn diese Vermessung Hinweise auf eventuelle Probleme beim additiven Fertigungsverfahren gibt, muss das
hergestellte Konstruktionsbauteil genauer untersucht werden. Nach Vermessung des Prüfkörpers, kann dieser in der bereits oben erläuterten Weise anschließend auch einer zerstörenden Werkstoffprüfung, insbesondere einem Zugversuch, unterworfen werden .
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Prüfkörper auf der Unterlage derart hergestellt wird, dass dieser mit einem Ende über ein im Vergleich zur Stützstruktur großflächiges Areal mit der Unterlage fest verbunden ist. Dies ermöglicht ein besonders einfaches Prüfverfahren hinsichtlich der Erreichung der Soll-Geometrie des Prüfkörpers. Nach der Herstellung des Prüfkörpers wird dazu nur die Stützstruktur entfernt, während der Prüfkörper über das großflächige Areal mit der Unterlage noch fest verbunden bleibt. Dieses Areal ist nur im Vergleich zur Stützstruktur bzw. zu deren Stützelementen (z. B. Rippen) großflächig. Bezogen auf die Abmessungen des Prüfkörpers ist dieses Areal verhältnismäßig klein, so dass der Prüfkörper nach Entfernung der Stützstruktur bereits seine Soll- Geometrie einnehmen kann. Gleichzeitig ist er über das großflächige Areal derart mit der Unterlage verbunden, dass die Unterlage eine Referenzfläche für Vermessungen zur
Verfügung stellt. Dies erleichtert die Messungen. Zum
Beispiel kann die Höhe des Prüfkörpers bezogen auf die
Unterlage gemessen werden und mit einem Soll-Wert verglichen werden, der sich bei der genauen Einstellung der Soll- Geometrie ergeben müsste.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der Prüfkörper mit zumindest einer ebenen Teilfläche hergestellt wird, die schräg zu dem durch das Fertigungsverfahren hergestellten Lagen liegt. Die hergestellten Lagen werden durch das Pulverbett definiert und liegen gewöhnlich parallel zur Unterlage. Eine schräge Fläche erlaubt es, den Prüfkörper zusätzlich für Aussagen
hinsichtlich der verfahrensbedingt erreichten Oberflächengüte heranzuziehen. Hiermit kann der Prüfkörper zusätzlich die Funktion übernehmen, die sonst durch die Herstellung der eingangs erwähnten Dimensionspyramiden erfüllt werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die genannte schräg stehende Teilfläche Teil des Zug- oder Biegeabschnittes ist. Hierbei findet der Umstand Berücksichtigung, dass die Oberfläche des Zugabschnittes dann nicht parallel zur Unterlage liegt, da dies eventuell zu einer geringeren Oberflächengüte dieser Fläche führen würde, als wenn diese schräg liegt. Der
Prüfkörper lässt sich daher mit schräg liegenden Teilflächen mit einer besseren Qualität herstellen.
Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe durch das eingangs angegebene Prüfungsverfahren für ein pulverbett-basiertes additives Fertigungsverfahren dadurch gelöst, dass der
Prüfkörper in der oben angegebenen Weise hergestellt wird. Anschließend wird der Prüfkörper auf Abweichungen seiner Geometrie bezüglich seiner Soll-Geometrie als Zugprobe oder Biegeprobe untersucht und danach wird der Prüfkörper einem Zug- oder Biegeversuch unterworfen. Hierdurch werden die oben bereits genannten Vorteile erreicht, nämlich, dass ein einziger Prüfkörper für mehrere Untersuchungen verwendet werden kann. Insbesondere Prüfkörper, die einer zerstörenden Werkstoffprüfung unterzogen werden, wie auch Prüfkörper, die auf Abweichungen ihrer Geometrie hin untersucht werden sollen, müssen ein gewisses Volumen aufweisen, um
zuverlässige Messergebnisse zu erhalten. Vorteilhaft werden also zwei Funktionen in einem Prüfkörper integriert, welche normalerweise in zwei unterschiedlichen Prüfkörpern
realisiert werden müssten. Hierdurch wird Material und
Fertigungszeit eingespart. Die Abweichungen der Geometrie des Prüfkörpers von seiner Soll-Geometrie, also der Geometrie, die nach Herstellung des Prüfkörpers sich aufgrund seines Eigenspannungsverhaltens automatisch einstellt, kann durch eine Vermessung des
Prüfkörpers erfolgen. Hierzu kann der Prüfkörper geeignete Referenzflächen aufweisen, so dass beispielsweise dessen Länge oder dessen Höhe gemessen werden kann. Es ist
selbstverständlich auch eine vollständige dreidimensionale Vermessung mit optischen oder taktilen Messmethoden möglich. Die Abweichungen von der Soll-Geometrie können natürlich auc durch Ermittlung der Abweichungen von der hergestellten Ist- Geometrie gemessen werden, wobei sich hieraus die
Abweichungen von der Soll-Geomerie berechnen lassen. Als Ist Geometrie im Zusammenhang mit der Erfindung ist diejenige Geometrie zu verstehen, die mit dem additiven
Herstellungsverfahren hergestellt wird, und die von der Soll Geometrie bewusst abweicht. Diese Ist-Geometrie nimmt der Prüfkörper nach dessen Herstellung ein, wobei bei starken herstellungsbedingt provozierten Eigenspannungen die bereits erwähnte Stützstruktur sicherstellt, dass diese Ist-Geometri nach Herstellung des Prüfkörpers vorliegt. Wird der
Prüfkörper anschließend von der Unterlage abgetrennt, wobei die Stützstruktur entfernt oder zumindest durchtrennt wird, so verlässt der Prüfkörper diese hergestellte Ist-Geometrie und sollte bei einem fehlerfreien Verfahrensablauf des additiven Fertigungsverfahrens genau die Soll-Geometrie annehmen. Diese Geometrie wird nicht als Ist-Geometrie im Sinne dieser Erfindung bezeichnet, obwohl diese dann real vorliegt. Allerdings können sich auch kleinere oder größere Abweichungen von dieser Soll-Geometrie ergeben, wobei gerade diese Abweichungen Aussagen über eventuelle Probleme beim Ablauf des Fertigungsverfahrens ermöglichen. Aber auch diese leicht von der Soll-Geometrie abweichende Geometrie soll im Zusammenhang mit dieser Erfindung ebenfalls nicht als Ist- Geometrie bezeichnet sein.
Weiterhin kann bei dem Prüf erfahren vorteilhaft vorgesehen werden, dass aus der Untersuchung des Prüfkörpers auf
Abweichungen von der Soll-Geometrie Kennwerte für das
Eigenspannungsverhalten und/oder die Maßhaltigkeit der Probe abgeleitet werden. Es ist möglich, insbesondere bei einem Prüfkörper, der zur Messung auf der Unterlage verbleibt, bestimmte Kennwerte festzulegen, die dann mit bestimmten real vorliegenden Verhältnissen in der Probe ins Verhältnis gesetzt werden können. Beispielsweise kann die Höhe des
Prüfkörpers auf der Unterlage ermittelt werden, wobei sich diese in Abhängigkeit des Betrags des Verzugs verändert und so auf ein größeres oder kleineres Eigenspannungsverhalten schließen lässt. Nun kann beispielsweise ein Höhenbereich definiert werden, innerhalb dessen das
Eigenspannungsverhalten in den zulässigen Grenzen liegt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei dem Prüfverfahren vor der Durchführung des Zugversuches der Prüfkörper hinsichtlich weiterer Kennwerte untersucht wird, wobei ein für die
Deformation beim Zug- oder Biegeversuch vorgesehener Zugoder Biegeabschnitt des Prüfkörpers durch das Untersuchen nicht beschädigt wird. Dies ist gewährleistet bei allen
Untersuchungsverfahren, die die Integrität des Prüfkörpers nicht beeinträchtigen, beispielsweise eine optische
Vermessung oder die optische Begutachtung der Oberflächengüte oder die Untersuchung der Oberfläche dahingehend, ob Risse oder Delaminationen der hergestellten Lagen des Prüfkörpers zu erkennen sind. Andere Prüfungen, die eine zumindest teilweise Zerstörung des Prüfkörpers bewirken, müssen
außerhalb der für den Zug- und Biegeversuch vorgesehenen kritischen Zone erfolgen. Beispielsweise kann eine Härteprüfung mit einem Messgerät, welches eine Verletzung der Oberfläche bewirkt, in einem Bereich außerhalb des Zug- oder Biegeabschnittes erfolgen, beispielsweise in den Bereichen zur Einspannung der Probe, deren Eignung zur Einspannung durch eine kleinere Verletzung der Oberfläche nicht
beeinträchtigt wird. Vorteilhaft kann durch die Durchführung mehrerer Untersuchungen an dem Prüfkörper gewährleistet werden, dass sich umfangreiche Aussagen über das additive Fertigungsverfahren machen lassen. Eine zusätzliche
Überprüfung anderer Aspekte vor Durchführung des Zug- oder Biegeversuches hat den Vorteil, dass der Prüfkörper in diesem Stadium noch keinerlei mechanischen Beanspruchungen
ausgesetzt war.
Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, dass bei dem Prüfverfahren nach der Durchführung des Zug- oder
Biegeversuches ein Teil des Prüfkörpers abgetrennt wird, der durch den Zug- oder Biegeversuch nicht beschädigt wurde, und dieser Teil des Prüfkörpers hinsichtlich weiterer Aspekte untersucht wird. Hierbei kann die Härte z. B. nach dem
Vickers-Verfahren ermittelt werden. Es kann seine Dichte untersucht werden, wobei beispielsweise ein archimedisches Messprinzip (Messung der Verdrängung) zum Einsatz kommen kann. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass der
abgetrennte Teil ein definiertes Volumen aufweisen kann und beispielsweise in einem Bereich angeordnet sein kann, wo vergleichsweise geringe herstellungsbedingte Abweichungen von Ist- und Soll-Geometrie vorliegen. Weiterhin kann die
Oberflächengüte und/oder das Auftreten von Rissen und/oder das Auftreten von Delaminationen untersucht werden. Da nach Durchführung des Zug- oder Biegeversuches auch eine andere zerstörende Werkstoffprüfung des abgetrennten Teils des Prüfkörpers möglich ist, können auch beispielsweise Schliffe angefertigt werden. Hierdurch lässt sich auch eine Untersuchung hinsichtlich der Gefügequalität des hergestellten Prüfkörpers durchführen. Werden erfindungsgemäß die weiteren Untersuchungen also nach Durchführung des Zugoder Biegeversuches vorgenommen, so stehen vorteilhaft alle möglichen Prüfungsverfahren zur Verfügung. Als Teile, die vom Prüfkörper abgetrennt werden können, eignen sich insbesondere die Bereiche zum Einspannen der Probe. Diese werden
vergleichsweise massiv ausgebildet, um den Kraftfluss beim Durchführen der Zug- oder Biegeversuche aufnehmen zu können. Insbesondere steht daher in diesen Bereichen auch genügend Material zur Verfügung, um beispielsweise die Gefügequalität untersuchen zu können.
Weiterhin wird die oben angegebene Aufgabe durch den eingangs erwähnten CAD-Datensatz dadurch gelöst, dass die CAD-Daten den Prüfkörper mit einer als Ist-Geometrie bezeichneten
Geometrie abweichend von seiner Soll-Geometrie als Zug- oder Biegeprobe derart beschreiben, dass die sich beim Herstellen ausbildenden Eigenspannungen im Prüfkörper dahingehend berücksichtigt werden, dass dieser die Soll-Geometrie nach seiner Herstellung und Abtrennung von der Unterlage zumindest im Wesentlichen annimmt. Ein solcher CAD-Datensatz ist dazu geeignet, in ein additives Fertigungsverfahren eingebracht zu werden, bei dem neben einem Konstruktionsbauteil gleichzeitig der erfindungsgemäße Prüfkörper erzeugt werden soll. Mit dem erzeugten Prüfkörper lassen sich die bereits oben ausführlich erläuterten Vorteile erreichen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen CAD-Datensatzes ist vorgesehen, dass die CAD-Daten auch eine Stützstruktur beschreiben, die eine Herstellung des Prüfkörpers auf einer Unterlage derart erlauben, dass die Stützstruktur den
Prüfkörper mit der Unterlage verbindet. Hierdurch wird es möglich, den Prüfkörper derart zu gestalten, dass die
Ausbildung vergleichsweise starker Eigenspannungen während der Herstellung provoziert wird. Damit der Prüfkörper die Ist-Geometrie, die durch die CAD-Daten definiert ist, nicht bereits während der Herstellung bedingt durch die sich ausbildenden Eigenspannungen verlässt, wird die Stützstruktur vorgesehen .
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der CAD-Datensatz
Parameter enthält, die mit Faktoren befüllt werden können, welche eine Änderung der Abweichung der Geometrie des
Prüfkörpers von seiner Soll-Geometrie, insbesondere eine Verzerrung und/oder eine Verbiegung und/oder eine Streckung und/oder eine Verkürzung, beschreiben. Hierbei wird
vorteilhaft dem Umstand Rechnung getragen, dass der
Prüfkörper im Vergleich zu Konstruktionsbauteilen eine vergleichsweise einfache Geometrie hat. Daher lässt sich das Maß der Abweichung seiner Ist-Geometrie von der Soll- Geometrie durch vergleichsweise einfache Parameter
beschreiben. Diese können aufgrund von Erfahrungsdaten, die mit der Zeit mit dem erfindungsgemäßen Prüfkörper gesammelt werden, vorbelegt werden, so dass bereits bei einem ersten Versuch während der iterativen Optimierung eines
Konstruktionsbauteils eine Probe hergestellt werden kann, die bereits nahe an das gewünschte Ergebnis heranführt. Mit anderen Worten wird bereits die erste Probe nach Abtrennung von der Unterlage eine Geometrie aufweisen, die nur
unwesentlich von der Soll-Geometrie abweicht. Ist dies nicht der Fall, kann bei der ersten Iterationsschleife nach den Ursachen hierfür geforscht werden, um möglichst schnell zu einem optimierten Konstruktionsbauteil zu finden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:
Figur 1 einen Prüfkörper, wie er nach einem
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen CAD-
Datensatzes hergestellt werden könnte, als dreidimensionale Ansicht,
Figur 2 einen Prüfkörper als Seitenansicht, bei dem
Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Herstellen des Prüfkörpers angedeutet sind,
Figur 3 einen Prüfkörper, der gemäß einem anderen
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen CAD-
Datensatz herstellbar ist, als
dreidimensionale Ansicht und
Figur 4 bis 7 ausgewählte Verfahrensschritte eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Prüfungsverfahrens .
Gemäß Figur 1 wurde ein Prüfkörper 11 auf einer Unterlage 12 hergestellt, der einen Zugabschnitt 13 und Bereiche 14 für eine Einspannung des Prüfkörpers im Rahmen eines Zugversuches aufweist. Dieser wurde in der dargestellten Ist-Geometrie hergestellt, wobei bei der Herstellung sichergestellt wird, dass diese Ist-Geometrie eingehalten wird. Zu diesem Zweck ist der Prüfkörper 11 mit einem Areal 15 direkt auf der
Unterlage 12 hergestellt. Dieses Areal 15 gehört zu dem einen der Bereiche 14 zur Einspannung. Der Rest des Prüfkörpers ist über eine mehrere Rippen 16 aufweisende Stützstruktur starr mit der Unterlage 12 verbunden. Der Zugabschnitt 13 in Figur 1 weist weitere konstruktive Details auf. Es ist beispielsweise eine Einschnürung 17 im Zugabschnitt 13 vorgesehen, der in diesem Bereich die
vorliegenden Spannungen beim Zugversuch erhöht. Außerdem sind zwei Bohrungen 18 vorgesehen, die es erleichtern, den
hergestellten Prüfkörper hinsichtlich seiner Maßhaltigkeit optisch oder taktil zu begutachten.
Wie Figur 1 zu entnehmen ist, wird der Prüfkörper 11 mit einer Ist-Geometrie hergestellt, bei der der Verlauf des
Zugabschnittes 13 mit einer Biegelinie 19 hergestellt wird. Hierbei wird berücksichtigt, dass sich der Prüfkörper nach Entfernung der Rippen 16 in Richtung des angedeuteten Pfeils 20 in eine nicht näher dargestellte Soll-Geometrie mit gerader Symmetrielinie 21 des flach ausgebildeten
Zugabschnittes 13 verformt. Es ist zu bemerken, dass die geometrischen Verhältnisse, insbesondere die Abweichungen zwischen Ist-Geometrie und Soll-Geometrie in Figur 1 wie auch in allen folgenden Figuren stark übertrieben dargestellt wurde, um die Unterschiede zu visualisieren .
Ausgewählte Schritte des erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahrens für den Prüfkörper lassen sich Figur 2 entnehmen. Gemäß Figur 2 wird ein Prüfkörper 11 hergestellt, der geometrisch im Wesentlichen dem Prüfkörper 11 gemäß Figur 1 entspricht. Allerdings wird die Herstellung dieses
Prüfkörpers im Vergleich zu Figur 1 in einer um 90° gedrehten Lage durchgeführt, so dass in Figur 2 die Schmalseite des flach ausgebildeten Zugabschnitts 13 zu sehen ist. Weiterhin ist das Areal 15 sowie die Rippen 16 als Stützstruktur zu erkennen .
Das additive Fertigungsverfahren ermöglicht die Herstellung des Prüfkörpers in einzelnen Lagen 22, die nur teilweise angedeutet sind. Das Pulver, das während der Herstellung den Prüfkörper umgibt, ist nicht dargestellt. Zu erkennen ist aber deutlich die Biegelinie 19 und die Symmetrielinie 21, die zu der strichpunktiert angedeuteten Sollgeometrie 23 gehört. Diese Sollgeometrie stellt sich ein, sobald die
Rippen 16 entlang einer Schnittebene 24 durch Drahterodieren getrennt wurden. Dabei bleibt der Prüfkörper 11 über das Areal 15 zunächst mit der Unterlage 12 verbunden, so dass in dieser Lage erste Maßnahmen zur Vermessung des Prüfkörpers in seiner Soll-Geometrie vorgenommen werden können, um
eventuelle Abweichungen von dieser Soll-Geometrie zu
ermitteln. Beispielsweise kann die Länge 1 des Prüfkörpers ermittelt werden, wobei hierzu die beiden Stirnflächen als Referenz zur Verfügung stehen. Weiterhin kann die Höhe h vom höchsten Punkt des Prüfkörpers 11 hin zur Unterlage 12 gemessen werden, wobei der Winkel, in dem der Prüfkörper 11 zur Unterlage 12 steht, durch das vergleichsweise steife Areal 15 genau definiert ist. Gemäß Figur 3 wird ein Probekörper mit einem Biegeabschnitt 25 hergestellt. Dieser liegt zwischen den Bereichen 14 zur Einspannung. Soll beispielsweise ein Kerbschlagbiegeversuch mit dem Prüfkörper durchgeführt werden, muss die
Versuchsvorrichtung geeignete Aufnahmen für die Bereiche 14 haben. Alternativ kann der Probekörper auch durch einen
Zugversuch geprüft werden, da es sich bei der Biegezone um einen flachen Bereich handelt. Sowohl für den Biegeversuch als auch für einen Zugversuch müssen die Aufnahmen geeignet für die Aufnahme der Bereiche vorbereitet sein. Werden
Standard-PrüfVorrichtungen verwendet, kann dies
beispielsweise durch geeignete Adapter erfolgen.
Zu erkennen ist in Figur 3 weiterhin, dass der Biegeabschnitt 25 mit einer Ausrichtung schräg zur Unterlage 12 hergestellt wurde. Die Rippen 16 unterstützen den Biegeabschnitt auf der dem Betrachter abgewandten Seite ähnlich wie die Dachbalken eines Dachstuhls. Zu erkennen ist weiterhin, dass der
Biegeabschnitt mit einer Biegelinie 19 hergestellt wird und sich nach der Abtrennung des Prüfkörpers die gerade
verlaufende Symmetrielinie 21 ergibt.
In Figur 4 ist ein Prüfkörper stark vereinfacht dargestellt, wobei eine Ansicht entsprechend Figur 2 gewählt wurde. Es ist nur die Biegelinie 19 eingezeichnet. Außerdem ist zu
erkennen, dass der Bereich 14, der mit dem Areal 15 fest mit der Unterlage 12 verbunden ist, einen trapezförmigen
Querschnitt aufweist. Auf diese Weise entsteht am Ende des Prüfkörpers 11 eine schräge Teilfläche 26, die zur
Beurteilung der Stufigkeit der Lagen 22 herangezogen werden kann .
In Figur 5 ist der Prüfkörper nach seiner Herstellung zu erkennen, wobei dieser noch über das Areal 15 mit der
Unterlage 12 fest verbunden ist, während die Rippen 16 bereits durchtrennt wurden. Daher verformt sich der
Prüfkörper aufgrund der während der Herstellung provozierten Eigenspannungen, wobei in Figur 5 deutlich wird, dass von der Soll-Geometrie mit einer geraden Symmetrielinie 21 eine
Abweichung messbar ist. Diese Abweichung ist übertrieben dargestellt und deutet eine Art Überkompensation der
Eigenspannungen an. Hieraus ließe sich beispielsweise der Schluss ziehen, die Biegelinie 19 gemäß Figur 4 noch zu wenig stark gekrümmt ist, da die so gemäß Figur 4 erzeugte Ist- Geometrie nicht zur gewünschten Soll-Geometrie gemäß Figur 5 führt. Nun ist zu untersuchen, ob dies an einer fehlerhaften Herstellung liegt, so dass die Verfahrensparameter des additiven Fertigungsverfahrens iterativ angepasst werden müssen, oder ob die Gestaltung des Prüfkörpers angepasst werden muss, weil das Verfahren eigentlich mit den richtigen Parametern eingestellt ist. Letzteres ist der Fall, wenn das Konstruktionsbauteil, für das das Herstellungsverfahren eigentlich durchlaufen wird, fehlerfrei ausgebildet ist. Die Korrektur der zu erzeugenden Ist-Geometrie im zugehörigen CAD-Datensatz kann durch einen Faktor erfolgen, der die Krümmung der Biegelinie 19 wiedergibt. So lassen sich die CAD-Daten durch Korrektur eines einzigen Parameters auf einfache Weise den gegebenen Anwendungsfällen anpassen, ohne dass hierbei ein erhöhter Programmieraufwand entsteht.
In Figur 6 ist angedeutet, wie der Probekörper gemäß Figur 4 nach Vereinzelung bei einem Zugversuch geprüft werden kann, nachdem dieser mit den gemäß Figur 5 korrigierten Parametern hergestellt wurde. Die Zugkraft F ist durch Pfeile
angedeutet. Es ist zu erkennen, wie sich der Zugabschnitt 13 einschnürt um am Ende reißt.
Anschließend wird der Bereich 14 des Probekörpers mit dem trapezförmigen Querschnitt entlang einer Trennebene 27 vom Rest des Probekörpers abgetrennt. Es entsteht eine
Schnittfläche, die beispielsweise gefügetechnisch untersucht werden kann. Der abgetrennte Teil kann auch für eine
Dichteprüfung verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Prüfkörpers (11) mit einem pulverbett-basierten additiven Fertigungsverfahren,
insbesondere Laserschmelzen, bei dem der Prüfkörper (11) mit einen Zug- oder Biegeabschnitt (13, 25) auf einer Unterlage (12) ausgebildet wird, an dessen Enden Bereiche (14) zur Einspannung als Zug- oder Biegeprobe vorgesehen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Prüfkörper (11) mit einer Geometrie abweichend von seiner Sollgeometrie (23) als Zug- oder Biegeprobe derart hergestellt wird, dass die sich beim Herstellen ausbildenden Eigenspannungen den Prüfkörper (11) dahingehend verformen, dass dieser die Sollgeometrie (23) zumindest im Wesentlichen annimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Zug- oder Biegeabschnitt (13, 25) flach ausgebildet wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Prüfkörper (11) auf der Unterlage (12) mit einer Stützstruktur (16) hergestellt wird, die den Prüfkörper (11) mit der Unterlage (12) verbindet.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Prüfkörper (11) auf der Unterlage (12) derart hergestellt wird, das dieser mit einem Ende über ein im
Vergleich zur Stützstruktur (16) großflächiges Areal (15) mit der Unterlage (12) fest verbunden ist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Prüfkörper (11) auf der Unterlage (12) mit zumindest im Wesentlichen parallel zu dieser ausgerichtetem Zug- oder Biegeabschnitt (13, 25) hergestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Prüfkörper mit zumindest einer ebenen Teilfläche (26) hergestellt wird, die schräg zu den durch das
Fertigungsverfahren hergestellten Lagen (22) liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Teilfläche (26) Teil des Zug- oder Biegeabschnitts (13, 25) ist.
8. Prüfverfahren für ein pulverbett-basiertes additives
Fertigungsverfahren, insbesondere Laserschmelzen, bei dem ein Prüfkörper (11) hergestellt und anschließend untersucht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass
• der Prüfkörper (11) nach einem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche auf einer Unterlage (12) hergestellt wird,
• der Prüfkörper (11) danach auf Abweichungen seiner
Geometrie bezüglich seiner Sollgeometrie (23) als Zug¬ oder Biegeprobe untersucht wird und
• danach der Prüfkörper (11) einem Zug- oder Biegeversuch unterworfen wird.
9. Prüfverfahren nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Prüfkörper (11) während der Untersuchung auf
Abweichungen von der Sollgeometrie (23) auf der Unterlage (12) befestigt bleibt, wobei vor der Untersuchung zumindest ein Teil einer den Prüfkörper (11) mit der Unterlage (12) verbindenden Stützstruktur (16) durchtrennt und/oder entfernt wird .
10. Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass aus der Untersuchung des Prüfkörpers auf Abweichungen von der Sollgeometrie Kennwerte für das
Eigenspannungsverhalten und/oder die Maßhaltigkeit der Probe abgeleitet werden.
11. Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass vor der Durchführung des Zug- oder Biegeversuches der Prüfkörper (11) hinsichtlich seiner Härte und/oder seiner Dichte und/oder Oberflächegüte und/oder des Auftretens von Rissen und/oder des Auftretens von Delaminationen untersucht wird, wobei ein für die Deformation beim Zug- oder
Biegeversuch vorgesehener Zug- oder Biegeabschnitt (13, 25) des Prüfkörpers durch das Untersuchen nicht beschädigt wird.
12. Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass nach der Durchführung des Zug- oder Biegeversuches ein Teil des Prüfkörpers abgetrennt wird, der durch den Zug- oder Biegeversuch nicht beschädigt wurde, insbesondere die
Bereiche zum Einspannen der Probe, und dieser Teil des
Prüfkörpers hinsichtlich seiner Härte und/oder seiner Dichte und/oder Oberflächegüte und/oder des Auftretens von Rissen und/oder des Auftretens von Delaminationen und/oder seiner Gefügequalität untersucht wird.
13. CAD-Datensatz für einen Prüfkörper (11), gespeichert auf einem Datenträger oder einem Computer, der für pulverbett- basierte additive Fertigungsverfahren, insbesondere
Laserschmelzen, geeignet ist, wobei der Prüfkörper (11) einen Zug- oder Biegeabschnitt (13, 25) aufweisen soll, an dessen Enden Bereiche (14) zur Einspannung als Zug- oder Biegeprobe vorgesehen sind
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die CAD-Daten den Prüfkörper (11) mit einer Geometrie abweichend von seiner Sollgeometrie (23) als Zug- oder
Biegeprobe derart beschreiben, dass die sich beim Herstellen ausbildenden Eigenspannungen im Prüfkörper (11) dahingehend berücksichtig werden, dass dieser die Sollgeometrie (23) nach seiner Herstellung zumindest im Wesentlichen annimmt.
14. CAD-Datensatz nach Anspruch 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die CAD-Daten auch eine Stützstruktur (16) beschreiben, die eine Herstellung des Prüfkörpers (11) auf einer Unterlage (12) derart erlauben, dass die Stützstruktur (16) den
Prüfkörper (11) mit der Unterlage (12) verbindet.
15. CAD-Datensatz nach einem der Ansprüche 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der CAD-Datensatz Parameter enthält, die mit Faktoren befüllt werden können, welche eine Änderung der Abweichung der Geometrie des Prüfkörpers (11) von seiner Sollgeometrie, insbesondere eine Verzerrung, eine Verbiegung, eine Streckung oder eine Verkürzung, beschreiben.
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