WO2018172079A1 - Overlap optimization - Google Patents

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WO2018172079A1
WO2018172079A1 PCT/EP2018/055616 EP2018055616W WO2018172079A1 WO 2018172079 A1 WO2018172079 A1 WO 2018172079A1 EP 2018055616 W EP2018055616 W EP 2018055616W WO 2018172079 A1 WO2018172079 A1 WO 2018172079A1
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layer
section
boundary region
computer
shape
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PCT/EP2018/055616
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Martin Schade
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Eos Gmbh Electro Optical Systems
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a computer-assisted method for generating a control data record for a generative layer building apparatus and to a device suitable for carrying out the method.
  • Generative layer construction devices and related methods are generally characterized by fabricating objects in them by solidifying a shapeless building material layer by layer.
  • the solidification may, for example, be brought about by supplying heat energy to the building material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation (eg laser sintering (SLS) or laser melting or electron beam melting) or by inducing a crosslinking reaction in the building material (eg stereolithography ).
  • electromagnetic radiation or particle radiation eg laser sintering (SLS) or laser melting or electron beam melting
  • SLS laser sintering
  • crosslinking reaction in the building material eg stereolithography
  • WO 2016/110440 A1 describes a corresponding device in which different laser beams are assigned to different areas of a layer, wherein there are areas in which a plurality of beams can act on the building material, ie areas to which not only one laser beam but several laser beams are directed can be.
  • FIG. 11 illustrates this procedure on the basis of a construction field on which four laser beams can act simultaneously.
  • those regions in which only one of the four laser beams can be used during solidification are designated AI to A4.
  • Areas in which two laser beams can be used together for solidification are indicated by the letter "B", with the numbers following the letters denoting which of the four laser beams (numbered 1 to 4) are used.
  • WO 2016/110440 A1 deals with the problem that it is necessary to coordinate which of the laser beams that can be used in a common area is directed to a specific location in this area.
  • the coordination can in particular be such that a laser beam, in the subregion only a few places within a
  • Layer to be solidified can be used in an adjacent subregion in which many points must be solidified.
  • the inventors have found that in the boundary region of the action zones of different laser beams, for example in the region B12 in FIG. 11, at the boundary line G between the region B121, which is solidified by the laser beam 1, and the region B122, that from the laser beam 2 is solidified, the Aufschmelz or solidification behavior of the building material is slightly different than in other areas.
  • the inventors were able to determine that slight inhomogeneities occur at the boundary line, which lead to mechanical weak points, especially when accumulated over a larger volume can.
  • the use of several lasers can significantly reduce the production time, it may be necessary to accept losses in the quality of the manufactured objects.
  • an object of the present invention to provide a method and an apparatus by means of which objects can be produced in a short time with high quality by means of a generative layer construction method, in particular an additive manufacturing method.
  • the object is achieved by a computer-aided method according to claim 1, a generative layer construction method according to claim 13, a device for computer-aided generation of a control data set according to claim 14 and a computer program according to claim 15.
  • Further developments of the invention are claimed in the dependent claims inventive method be further developed by below or in the dependent claims executed features of the devices according to the invention and vice versa.
  • the features described in connection with a device can also be used to develop another device according to the invention, even if this is not explicitly stated.
  • a computer-assisted method according to the invention for generating a control data record for a generative layer building apparatus for producing a three-dimensional object by means of the same, the production comprising the steps:
  • the insertion means is adapted to direct a plurality of beams to different regions of an applied layer, each of the beams, where it strikes the layer, acting on the building material, in particular so as to solidify it, indicates:
  • a second step in a layer data set a plurality of adjoining partial cross sections, ie to be solidified subregions of an object cross section are determined, is determined for each of the partial cross sections, with which beam to consolidate the bodies in this partial cross section,
  • partial cross-sections are determined such that a boundary region, ie an area lying at the boundary between different partial cross-sections, in its shape and / or position in the layer plane with respect to the shape and / or position of a boundary region in one of the immediately preceding or immediately following Layer assigned shift data set is different and
  • the layer data record modified in the second step is provided as a control data record for the generative layer building apparatus.
  • the radiation source may be, for example, a laser or an electron beam source, but it would also be conceivable for a device for 3D printing which generates a binder beam or a UV light source in stereolithography.
  • beam is intended to express that not only rays are meant that have a round cross section when hitting the building material, but also rays that z. B. have a linear cross-section or even radiation, which is registered at the same time in a larger area of the building material (ie area).
  • a data record which contains a data model of a build-up material layer to be consolidated at the locations of an object cross-section during the production process is regarded as a shift data record.
  • such a data model has a two-dimensional representation of the object cross-section to be consolidated in one layer by means of one or more beams.
  • different locations in an object cross-section are usually solidified by different beam bundles.
  • a certain point of the object cross-section is solidified by directing multiple beams to this point.
  • the layer data set can, but need not, even more information regarding the production of the object cross section may be included, for. B. the layer thickness, the diameter of an incident on the building material beam, etc.
  • the two shift records do not necessarily have to be read together (ie simultaneously). It is also possible that there is a greater time interval between the access operations on the two shift records, for example, one of the two shift records was read in at an earlier time.
  • the decomposition into partial cross sections takes place in such a way that all points within a partial cross section are to be solidified with the same bundle of rays.
  • the mechanical parameters eg the elongation at break
  • a bead on the object surface as through Limits between the areas of action, which may occur in several layers, can be avoided.
  • the boundary between the action areas is referred to as the "boundary area".
  • border between two areas is a borderline.
  • the term "boundary area" was chosen.
  • any real line can be considered an area.
  • the method is preferably carried out in such a way that the boundary regions in at least two successive layers do not completely cover one another, that is to say not 100%, and even more preferably cover each other at 0%, ie not at all.
  • the percentages of overlap refer to overlapping a percentage of the area of one of the boundary areas with the other.
  • the overlapping areas need not match in shape and / or size even with complete coverage. For example, suppose that in a layer, a boundary region has a linear shape, in particular the shape of a straight line
  • Line so should in the overlying layer also has a linear boundary area of the same shape and line orientation, both border areas by at least 50%, preferably by 100%, more preferably by 120% of the line width in a direction perpendicular to the line shape against each other be postponed.
  • the method is carried out such that the shape and / or position of the boundary region in the layer plane are set so that they repeat at the earliest after n layers in the manufacturing process, where n is a natural number greater than one.
  • n is a natural number greater than one.
  • the shape and / or position of the boundary region in the layer plane are set so that they repeat in the manufacturing process at the latest after m layers, where m is a natural number greater than or equal to n.
  • the definition of the shape or position of a boundary region can be simplified, since these do not have to be different in all layers.
  • the shape and / or position of the boundary region in the layer plane can be set so that they change during the manufacturing process in the construction direction according to a first periodic function, in particular a sine function, triangular function or rectangular function.
  • a first periodic function in particular a sine function, triangular function or rectangular function.
  • the location of the boundary region in the layer planes would be described by a sinusoidal function at a section through the layer stack at a suitable location or (at discrete Locations) can at least approximate.
  • the mechanical strength of a manufactured object can be particularly high.
  • the reason is that (for example in the case of a triangular function), a toothing of the partial cross sections solidified with different beam bundles occurs in different layers.
  • the shape and / or position of the boundary region in the layer plane can be set so that they additionally change in the construction direction in the construction direction according to a second periodic function, which is superimposed on the first periodic function and preferably has a shorter period than the first periodic function , whereby In spite of the gearing effect just described, care can be taken to avoid excessive accumulation of boundary regions (in particular with regard to beads on the object surface).
  • this is also applied to boundary regions which lie in the contour of an object cross section and delimit therefrom two sections of the contour region which are solidified by different solidification beam bundles.
  • the sections of the contour area are also considered as partial cross-sections of an object cross section, which is permissible, since normally the contour area is run over with a beam of finite diameter for solidification and thus can be regarded as a two-dimensional area.
  • the shape and / or position of the boundary region in the layer plane can be set such that in at least one layer the position of the boundary region is twisted relative to another rotation axis perpendicular to the layer planes, preferably by an angle is greater than or equal to 5 °, more preferably an angle greater than or equal to 10 °, even more preferably an angle greater than or equal to 20 °, provided that the shape of the boundary region in the two layers is substantially equal.
  • the position and / or shape of a boundary region can be varied in a particularly effective and simple manner, since (complete) overlapping is avoided in a particularly effective manner by rotations.
  • the rotation according to the already mentioned second periodic function can take place over a plurality of layers.
  • the shape and / or position of the boundary region in the layer plane can be set such that they change in the layers in the direction of construction according to a random function.
  • the shape and / or position of the boundary region in the layer plane can also be set so that they change according to a function resulting from a superimposition of the first and / or second periodic function with a random function.
  • overlay with a random function it is meant that the values of the first or second periodic functions are changed randomly, similarly to e.g. B. a sine function, which is not an exact sine function, but is "noisy".
  • a random function it is also possible to use a function which does not lead to a randomly determined position and / or shape of border regions, but to the fact that the position and / or shape of boundary regions repeat in a pattern that is the case Viewing is not readily apparent.
  • Such a procedure is particularly suitable in connection with boundary areas present on the surface (or in the contour) of objects.
  • the change in the shape and / or position of the boundary region from layer to layer can take place depending on whether a boundary region is located in a pre-determined section of an object to be produced.
  • This can be used, for example, to meet different requirements for different sections of an object to be produced.
  • the position and / or shape of a border region can be varied more from layer to layer than in a section remote from the surface, in order to meet the high demands on the optical quality of the surface. to meet.
  • the method can be carried out only for one or more predetermined subsections of an object to be produced.
  • the production of the object can additionally be optimized with regard to production time and quality via the number of beams used for solidifying.
  • a generative layer construction method for producing a three-dimensional object by means of a generative layer construction apparatus, the production comprising the steps:
  • the insertion means is adapted to direct a plurality of beams simultaneously to different regions of the applied layer, each of the beams acting on the building material where it impinges on the layer, in particular so that it is solidified,
  • a generative layer construction device has a control device which controls a production process of an object using a control data record generated by a method according to the invention.
  • a device for computer-aided generation of a control data set for a generative layer building apparatus for producing a three-dimensional object by means of the same, the production comprising the steps:
  • the insertion means is adapted to direct a plurality of beams simultaneously to different regions of the applied layer, each of the beams acting on the building material where it impinges on the layer, in particular so that it is solidified,
  • an access unit which is suitable for accessing at least two layer data sets which have data models of a corresponding number of build material layers to be selectively solidified during production and characterized in a data model by means of which beam the build material adjoins the respective object cross section to solidify appropriate bodies
  • a fixing unit which is suitable for defining in a layer data set a plurality of adjoining partial cross sections, that is to be solidified subregions of an object cross section, it being determined for each of the partial cross sections with which beam the points in this partial cross section are to be solidified,
  • partial cross-sections are set so that a boundary region, that is, an area lying at the boundary between different partial cross-sections, in its shape and / or position in the layer plane is different from the shape and / or position of a boundary region in a layer data record assigned to the immediately preceding or the immediately following layer, and
  • a provisioning unit which is suitable for providing the shift data record modified by the setting unit as a control data record for the generative layer building apparatus.
  • the device according to the invention is suitable for carrying out any of the variants of the method according to the invention for generating a control data record.
  • the mentioned access unit can be an input interface which can read data from a mobile data carrier or receives data via a network or else reads out data directly from a memory.
  • the device according to the invention can not only be implemented as a separate unit, but can also be part of a more comprehensive EDP system (for example, a CAD design system) or integrated into a generative layer construction device. In the latter two cases, the access unit is then preferably a software interface that communicates with other system components.
  • the device according to the invention does not necessarily have to be part of a generative layer construction device.
  • the access unit can also access layer data records which are stored in a memory present in the device according to the invention.
  • a computer program according to the invention comprises program code means for carrying out all steps of a method according to the invention for generating a control data set or a generative layer construction method according to the invention, when the computer program is executed on a data processor, in particular a data processor cooperating with a generative layer construction device.
  • "Interaction" means that the data processor is either integrated into the generative layer construction device or can exchange data with it.
  • the implementation of the method according to the invention for generating a control data record and the associated device by means of software allows easy installation on different EDP systems at different locations (for example, the creator of the design of the object to be processed or the operator of the generative layer building apparatus).
  • FIG. 1 shows a schematic, partially sectional view of an exemplary apparatus for generatively producing a three-dimensional object according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 and 3 each show a schematic plan view of a partial region of the construction field of a generative layer construction device for explaining the procedure according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a method according to the invention for generating a control data set for a generative layer construction device
  • 5 shows the schematic structure of an apparatus for generating a control data record according to the present invention
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of a partial region of the construction field of a generative layer construction device for explaining the procedure according to the invention
  • FIG. 11 shows a schematic plan view of a construction field of a generative layer construction device for explaining the procedure in the presence of a plurality of solidification beams.
  • a generative layer construction device according to the invention will first be described below, using the example of a laser sintering melting device, with reference to FIG. 1. It should be noted at this point that in the present application, the term “number” always in the sense of "one or more” to understand. It should also be noted that not only one object but also several objects can be produced simultaneously by means of a generative layer construction device according to the invention, even in cases in which only one object is mentioned.
  • the laser sintering or laser melting device 1 For constructing an object 2, the laser sintering or laser melting device 1 contains a process chamber or construction chamber 3 with a chamber wall 4. In the process chamber 3, an upwardly open building container 5 is arranged with a container wall 6. A working plane 7 is defined by the upper opening of the construction container 5, wherein the area of the working plane 7 which lies within the opening and which can be used to construct the object 2 is referred to as construction field 8.
  • a movable in a vertical direction V carrier 10 is arranged, on which a base plate 11 is mounted, which closes the container 5 down and thus forms its bottom.
  • the base plate 11 may be a plate formed separately from the carrier 10, which is fixed to the carrier 10, or it may be integrally formed with the carrier 10.
  • a building platform 12 can still be mounted on the base plate 11 as a construction base on which the object 2 is built up.
  • the object 2 can also be built on the base plate 11 itself, which then serves as a construction document.
  • FIG. 1 the object 2 to be formed in the container 5 on the building platform 12 is shown below the working plane 7 in an intermediate state with a plurality of solidified layers surrounded by building material 13 which has remained unconsolidated.
  • the laser sintering or melting apparatus 1 further comprises a reservoir 14 for a building material 15, in this example an electromagnetic radiation solidifiable powder, and a coater 16 movable in a horizontal direction H for applying the building material 15 within the construction field 8 the process chamber 3, a radiant heater 17 may be arranged, which serves for heating the applied building material 15.
  • a radiant heater 17 for example, an infrared radiator can be provided.
  • the exemplary laser sintering device 1 further includes an exposure device 20 with a laser 21 which generates a laser beam 22 which is deflected by a deflection device 23 and by a focusing device 24 via a coupling window 25 which is mounted on the top of the process chamber 3 in the chamber wall 4 , is focused on the working level 7.
  • the laser sintering device 1 includes a control device 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner for carrying out the building process.
  • the control device may also be mounted partially or completely outside the device.
  • the controller may include a CPU whose operation is controlled by a computer program (software).
  • the computer program can be stored separately from the device on a storage medium, from which it can be loaded into the device, in particular into the control device.
  • the carrier 10 is lowered layer by layer by the control device 29, the coater 16 is driven to apply a new powder layer and the deflection device 23 and optionally also the laser 21 and / or the focusing device 24 driven to solidify the respective layer to the respective Object corresponding locations by means of the laser by scanning these locations with the laser.
  • an exposure apparatus may include one or more gas or solid state lasers, or any other type of laser, such as a laser.
  • Laser diodes in particular Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) or Vertical External Cavity Surface Emitting Laser (VECSEL), or a row of these lasers.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • VECSEL Vertical External Cavity Surface Emitting Laser
  • any device can be used with which energy can be selectively applied to a layer of the building material as electromagnetic radiation or particle radiation.
  • a laser for example, another light source, an electron beam or any other energy or radiation source can be used, which is suitable to solidify the building material.
  • the specific structure of a laser sintering or melting device shown in FIG. 1 is therefore only an example and can of course also be modified, in particular when using a different exposure device than the one shown.
  • a laser sintering or laser melting device has been described as an example of a generative layer construction device in FIG. 1, the invention is not based on laser sintering or laser melting restricted. It may also be used in conjunction with other methods of generatively producing a three-dimensional object by layering and selectively strengthening a building material.
  • laser melting, FLM application of a thermoplastic material from a die
  • 3D printing, mask sintering and stereolithographic processes are mentioned.
  • the exposure device 20 is replaced by another insertion device depending on the method, in the case of a 3D printing process by a device which injects one or more binder beams onto the building material a stereolithography process by a UV light source.
  • the entry device contains any type of radiation source from which at least one beam impinging on the construction material is directed.
  • the present invention idea can be realized most advantageously in connection with a generative layer construction device in which an insertion device is set up so that it can direct a plurality of beams onto a region of a building material layer.
  • various materials may be used, preferably powders or pastes or gels, in particular metal powder, but also plastic powder, ceramic powder or sand, whereby the use of filled or mixed powders is possible.
  • powders or pastes or gels in particular metal powder, but also plastic powder, ceramic powder or sand, whereby the use of filled or mixed powders is possible.
  • plastic powder, ceramic powder or sand Especially in stereolithography (liquid) photopolymers are used.
  • a production process proceeds in such a way that the control unit 29 processes a control instruction set which is a statement of how to place layers of the construction material one after the other. and selectively irradiate portions of the respective layers corresponding to the cross section of an object to be manufactured with the laser radiation to solidify the building material.
  • the control instruction set thus contains information about the points to be consolidated within a layer and the type of decomposition of the object to be produced into layers.
  • control command set is based on a computer-based model of the object (s) to be produced, preferably a CAD solid model.
  • production-specific information also flows into the control instruction set, for example the position and orientation of the objects in the container 5 or a beam diameter when a laser beam strikes the building material.
  • control instruction set also contains the layer information, i. how the object (s) to be produced are subdivided into layers that correspond to the building material layers during the layered generative production.
  • the control instruction set defines, in particular, the thickness of the layer application and the locations at which solidification of the building material is to be effected by irradiation for each building material layer during production.
  • the control instruction set can thus be regarded as a totality of all control data predetermined for the control of the production process in a generative layer construction device.
  • the control data related to a single layer are also referred to as a layer data set.
  • the control instruction set also contains all for controlling the
  • Exposure device required data, whereby u.a. the energy density of the radiation emitted by the exposure device and, if appropriate, the travel speed of the jet can be defined via the construction field 8.
  • the procedure according to the invention is described below by way of example with reference to FIGS. 2 to 5.
  • an apparatus 100 for generating a control data record for a specific generative layer building apparatus includes an access unit 101, a determination unit 102 and a provision unit 103 Apparatus 100 for generating a control data record will be described with reference to FIG. Figures 2 and 3 serve to further illustrate.
  • Fig. 2 shows a plan view of a partial area of the construction field 8 of a generative layer building apparatus in which the working areas of two solidifying beams or beam bundles, i. the locations in the construction field, to which the two solidification jets or, respectively, beam bundles can be directed, are shown.
  • AI and A2 denote those regions in which only the first or second hardening beam, eg, the second or the second solidification jet, is formed.
  • a laser beam can get used in the solidification.
  • the area within which both solidification jets can be used together for solidification is marked B12.
  • FIG. 2 shows, by way of example, a parallelogram-shaped object cross-section 55 of an object to be produced, which is to be solidified during the production process in a layer k of the building material.
  • Fig. 2 shows as seen a plan view of the layer k of the building material.
  • a boundary region 35 separates both partial cross sections from one another.
  • the border area 35 is a borderline.
  • any real line can be considered an area.
  • a device 100 according to the invention for generating a control data set for a generative layer building apparatus shown in FIG. 5 in order to carry out the computer-assisted method according to the invention in a first step, an access unit is used.
  • unit 101 is accessed at least two shift records of the object to be manufactured. In the process sequence shown in FIG. 4, this is step S1.
  • the term access means that the access unit reads out a shift data record from a memory or else accepts the data corresponding to the shift data record via a network.
  • the two shift records do not necessarily have to be read together (ie simultaneously). It is also possible that there is a greater time interval between the access operations on the two shift records, for example, one of the two shift records was read in at an earlier time.
  • the access unit can also access a memory in the device 100 in which the layer data sets are present.
  • a layer data set only has to contain information for the associated building material layer at which points of the building material layer during the production of the object a solidification of the building material is to be effected by directing beam bundles onto the building material layer.
  • process information eg layer thickness or beam diameter, etc.
  • it may already be specified in the layer data record by means of which beam the building material is to be solidified at one point. If the latter information is not yet present in the layer data set, then the device 100 according to the invention determines with which beam the material to be consolidated is to be solidified at one point of the building material layer.
  • the definition unit 102 modifies a layer data record in such a way that an object cross-section is divided into a plurality of adjoining partial cross-sections, wherein the decomposition is such that all locations within a partial cross-section are to be solidified with the same beam. Furthermore, the fixing unit 102 determines the partial cross-sections in such a way that the position and / or shape of the boundary regions (in FIG. 2 by way of example only a boundary region 35 is shown) in directly superimposed layers are different from each other. This becomes clear from a comparison of FIGS. 2 and 3:
  • FIG. 3 shows a plan view of the same subregion of the construction field as FIG. 2.
  • FIG. 3 shows an object cross-section 65 of an object to be produced which is to be solidified in the layer k + 1 of the building material, which during the manufacturing process is directly adjacent to the layer k of FIG 2 follows.
  • two different beam bundles associated partial cross sections 41 and 42 which are separated by a boundary region 45.
  • the boundary regions 35 and 45 lie at different locations within the construction field and, in particular, do not overlap at any point. This is because, on the one hand, the position (location) of the border areas within the construction field is different and, on the other hand, the shape of the border areas is different: Even if both had the same position, complete coverage would not be possible.
  • the delivery unit 103 provides the shift data record of a generative layer building apparatus modified as a control data record in step S2.
  • a control data record can be regarded as a subset of a control command set of a generative layer building apparatus.
  • a control record provided by the provisioning unit 103 may also be integrated by the provisioning unit 103 itself into a control instruction set.
  • provisioning also includes forwarding the control data record to a data processing device which integrates the control data record into a control command record, or a direct forwarding to a generative layering device.
  • modified layer data sets according to the invention need not be provided individually for a generative layer construction process. Rather, several Modified shift records first collected and then be provided in their entirety as a control record.
  • n 2
  • n 3
  • a prime number is chosen as the value for n.
  • Fig. 7 shows a schematic section through a layer stack in the manufacture of an object.
  • the horizontal lines shown here are each intended to represent a layer in the data model that corresponds to a building material layer during the production of the object. Layer thicknesses are neglected in the scheme (as well as in Fig. 8). For the sake of simplicity, it is further assumed that in the section of FIG.
  • Layer stack the object cross-sections each occupy the entire width of the section and are divided into partial cross-sections 701 and 702, respectively. Reference numerals are assigned for convenience only to the top three layers in FIG. 7). One recognizes in the cut in each layer a border area 705 (the reference number is again only for two layers shown), which assumes the same position again after five layers. Although the boundary areas do not overlap in directly superimposed layers at any point, the boundary areas in the layer plane (ie horizontally in FIG. 7) are distributed over only an area of limited extent. Depending on the application, it may be appropriate to limit the extent of the area within the construction field, eg. B. to a width of 500 ⁇ or 200 ⁇ or 100 ⁇ . It is also possible to specify minimum values for the shift of the position of the boundary region from layer to layer, for. B. 5 ⁇ , 20 ⁇ or even 50 ⁇ . 9 shows how the mutual distance d of two boundary regions in superimposed layers can be determined.
  • the horizontal layers of the boundary region in the layers can be described by means of a periodic function as a function of the layer number (assuming that higher layer numbers are assigned later in the manufacturing process to layers to be consolidated than earlier in the production process to be consolidated layers).
  • a periodic function as a function of the layer number (assuming that higher layer numbers are assigned later in the manufacturing process to layers to be consolidated than earlier in the production process to be consolidated layers).
  • FIG. 8 shows a similar example with partial cross-sections 801 and 802 and boundary regions 805, which assume the same position within the layer plane in every other layer. Again, the locations can be approximated by a sawtooth function.
  • Fig. 8 illustrates how by the periodic change in the position of the boundary regions, a toothing of partial cross sections takes place by z.
  • a partial cross section 802 where it adjoins the boundary region 805, is flanked in the layers immediately above and below partial cross sections 801,
  • FIG. 6 shows an alternative shape of the boundary region compared to FIGS. 2 and 3. It can be seen in Fig. 6, the absence of "corners" in the shape of the boundary region.
  • the shape of the boundary region in FIGS. 2 and 3 takes account of the fact that regions to be solidified in a layer are usually scanned strip-wise with a beam. That is, within a rectangular or square area (a stripe), the hardening beam travels in parallel tracks over the building material. The angular course of the respective boundary region in FIGS.
  • FIGS. 2 and 3 results from the fact that the partial cross-sections have been selected such that strips bordering on the boundary region adjoin one another in the respective partial cross-sections. It can be seen in FIGS. 2 and 3 that the boundary region in FIG. 2 has been modified in its position and shape such that straight sections of the linear shape of the boundary region have been displaced in parallel in the layer plane. In the case of a variation of the position of the boundary regions, it is likewise possible to obtain the position of a boundary region in a subsequent layer by twisting the position of the boundary region in the underlying layer about an axis of rotation perpendicular to the layers.
  • FIG. 10 illustrates a variant of the procedure according to the invention in which this method is also applied to boundary regions which lie in the contour of an object cross section and delimit therefrom two sections of the contour region which are solidified by different hardening beam bundles.
  • an object cross-section 95 can be seen, whose contour region (edge) has two sections 91 and 92 which are solidified by means of different hardening beams or hardening beam bundles.
  • a contour region is solidified in such a way that the hardening beam used, which has a certain diameter where it encounters the building material, moves away from the contour. Therefore, it is permissible to designate sections of the contour of an object cross section as two-dimensional areas. The same applies to the point at which two sections of the contour area adjoin one another. As in the interior of an object cross-section, where two partial cross-sections adjoin one another, it is also true in the contour region that two sections will generally not exactly adjoin one another but there will be a slight gap or slight overlap at the boundary. Therefore, the two boundary points 9192 and 9291 in Figure 10 are referred to as boundary regions.
  • boundary area 9192 is thus that from which the partial cross section (contour section) 92 is solidified
  • boundary area 9291 is that from which the partial cross section (contour section) 91 is solidified.
  • the position of the boundary region is varied according to the invention from layer to layer in the same way as has been described above for boundary regions lying in the interior of an object cross-section.
  • a change in the position of a boundary region in the contour is particularly useful for surface areas that are optically perceptible or have to be designed as uniformly as possible.
  • inaccessible surface areas on the other hand, Soon beads or dents on the surface of the object can be tolerated. Accordingly, it makes sense to proceed according to the invention differently in different sections of the object to be produced.
  • the position and / or shape of the boundary regions in different subsections of the object can not only be varied differently, but rather the procedure according to the invention can generally be limited to only one or more subsections of the object determined in advance.
  • a device 100 according to the invention for generating a control data set of a generative layer construction device can be realized not only by software components but also solely by hardware components or mixtures of hardware and software.
  • interfaces mentioned in the present application do not necessarily have to be designed as hardware components, but can also be implemented as software modules, for example if the data fed in or output via them can be taken over by other components already implemented on the same device or must be passed to another component only by software.
  • the interfaces could consist of hardware and software components, such as a standard hardware interface specifically configured by software for the specific application.
  • several interfaces can also be combined in a common interface, for example an input-output interface.

Abstract

The invention relates to a computer-aided method for generating a control dataset for a generative layer construction device, wherein, in the latter, an input device (20) is configured to direct a plurality of beams (22) onto different regions of an applied layer. In a first step (S1), access is made to at least two layer data sets which have data models of a corresponding number of structural material layers to be solidified selectively during the production. In a second step (S2), a plurality of partial cross-sections (31, 32, 41, 42) adjoining one another are defined in a layer dataset. The partial cross-sections (31, 32, 41, 42) are defined such that a boundary area (35, 45) differs in the shape and/or position thereof in the layer plane with respect to the shape and/or position of a boundary area (35, 45) in a layer dataset assigned to the immediately preceding or the immediately following layer. In a third step (S3), the layer dataset modified in the second step (S2) is provided as a control dataset for the generative layer construction device.

Description

Überlappoptimierung  Überlappoptimierung
Die Erfindung betrifft ein computergestütztes Verfahren zur Generierung eines Steuerdaten- satzes für eine generative Schichtbauvorrichtung sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung. The invention relates to a computer-assisted method for generating a control data record for a generative layer building apparatus and to a device suitable for carrying out the method.
Generative Schichtbauvorrichtungen und zugehörige Verfahren sind allgemein dadurch charakterisiert, dass in ihnen Objekte durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann beispielsweise herbeigeführt werden mittels Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial durch Bestrahlen desselben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung (z. B. Lasersintern (SLS) oder Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen) oder aber durch Herbeiführen einer Vemetzungsreakti- on im Aufbaumaterial (z. B. Stereolithographie). Die ursprünglich im Prototypenbau einge- setzten Vorrichtungen und Verfahren werden zunehmend für die Serienfertigung eingesetzt, wofür sich der Begriff "Additive Manufacturing" eingebürgert hat. Generative layer construction devices and related methods are generally characterized by fabricating objects in them by solidifying a shapeless building material layer by layer. The solidification may, for example, be brought about by supplying heat energy to the building material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation (eg laser sintering (SLS) or laser melting or electron beam melting) or by inducing a crosslinking reaction in the building material (eg stereolithography ). The devices and processes originally used in prototype construction are increasingly used for series production, for which the term "additive manufacturing" has become common.
Insbesondere beim Additive Manufacturing ist es wichtig, die Objekte nicht nur mit hoher Präzision herzustellen, sondern ebenfalls innerhalb einer geringen Fertigungszeit. Die Ferti- gungszeit lässt sich verringern, wenn zur Verfestigung der einem oder mehreren Objektquerschnitten in einer Schicht entsprechenden Stellen mehrere energetische Strahlen, z. B. Laserstrahlen, zeitgleich eingesetzt werden. WO 2016/110440 AI beschreibt eine entsprechende Vorrichtung, bei der unterschiedlichen Bereichen einer Schicht unterschiedliche Laserstrahlen zugeordnet sind, wobei es Bereiche gibt, in denen mehrere Strahlen auf das Aufbaumaterial einwirken können, d. h. Bereiche, auf die nicht nur ein Laserstrahl, sondern mehrere Laserstrahlen gerichtet werden können. Especially in additive manufacturing, it is important not only to produce the objects with high precision, but also within a short production time. The production time can be reduced if, to solidify the one or more object cross-sections in a layer corresponding points several energy beams, eg. As laser beams are used at the same time. WO 2016/110440 A1 describes a corresponding device in which different laser beams are assigned to different areas of a layer, wherein there are areas in which a plurality of beams can act on the building material, ie areas to which not only one laser beam but several laser beams are directed can be.
Figur 11 veranschaulicht dieses Vorgehen anhand eines Baufeldes, auf welches vier Laserstrahlen gleichzeitig einwirken können. In dem Baufeld 8 in Fig. 11 sind jene Bereiche, in denen lediglich einer der vier Laserstrahlen bei der Verfestigung zum Einsatz gelangen kann, mit AI bis A4 gekennzeichnet. Bereiche, in denen zwei Laserstrahlen gemeinsam zum Verfestigen verwendet werden können, sind mit dem Buchstaben "B" gekennzeichnet, wobei die auf den Buchstaben folgenden Zahlen kennzeichnen, welcher der vier Laserstrahlen (mit 1 bis 4 durchnummeriert) zum Einsatz gelangt. Schließlich gibt es noch einen Zentralbereich C1234, indem alle vier Laserstrahlen gemeinsam für die Verfestigung eines oder mehrerer Quer- schnitte in diesem Bereich zum Einsatz kommen können. FIG. 11 illustrates this procedure on the basis of a construction field on which four laser beams can act simultaneously. In the construction field 8 in FIG. 11, those regions in which only one of the four laser beams can be used during solidification are designated AI to A4. Areas in which two laser beams can be used together for solidification are indicated by the letter "B", with the numbers following the letters denoting which of the four laser beams (numbered 1 to 4) are used. Finally, there is a central area C1234, where all four laser beams can be used together to consolidate one or more cross sections in this area.
WO 2016/110440 AI beschäftigt sich mit dem Problem, dass koordiniert werden muss, welcher der Laserstrahlen, die in einem gemeinsamen Bereich zum Einsatz kommen können, auf eine bestimmte Stelle in diesem Bereich gerichtet wird. Die Koordination kann insbesondere so erfolgen, dass ein Laserstrahl, in dessen Teilregion nur wenige Stellen innerhalb einerWO 2016/110440 A1 deals with the problem that it is necessary to coordinate which of the laser beams that can be used in a common area is directed to a specific location in this area. The coordination can in particular be such that a laser beam, in the subregion only a few places within a
Schicht zu verfestigen sind, in einer benachbarten Teilregion eingesetzt werden kann, in der viele Stellen verfestigt werden müssen. Layer to be solidified, can be used in an adjacent subregion in which many points must be solidified.
Die Erfinder haben festgestellt, dass im Grenzbereich der Einwirkzonen verschiedener Laser- strahlen, also beispielsweise in der Region B12 in Fig. 11, an der Grenzlinie G zwischen dem Bereich B121, der vom Laserstrahl 1 verfestigt wird, und dem Bereich B122 der vom Laserstrahl 2 verfestigt wird, das Aufschmelzverhalten bzw. Verfestigungsverhalten des Aufbaumaterials geringfügig anders ist als in anderen Bereichen. Insbesondere konnten die Erfinder feststellen, dass an der Grenzlinie geringfügige Inhomogenitäten auftreten, die insbesondere bei einer Kumulierung über ein größeres Volumen zu mechanischen Schwachstellen führen können. Obwohl durch den Einsatz mehrerer Laser also die Fertigungszeit deutlich verringert werden kann, muss man unter Umständen Einbußen in der Qualität der hergestellten Objekte in Kauf nehmen. Angesichts der soeben dargestellten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels derer Objekte mittels eines generativen Schichtbauverfahrens, insbesondere eines Additive Manufacturing-Verfahrens, in kurzer Zeit mit hoher Qualität hergestellt werden können. Die Aufgabe wird gelöst, durch ein computergestütztes Verfahren nach Anspruch 1, ein generatives Schichtbauverfahren nach Anspruch 13, eine Vorrichtung zur computergestützten Generierung eines Steuerdatensatzes nach Anspruch 14 und ein Computerprogramm nach Anspruch 15. Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht, Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes Verfahren auch durch untenstehende beziehungsweise in den abhängigen Ansprüchen ausgeführte Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtungen weitergebildet sein und umgekehrt. Ferner können die im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschriebenen Merkmale auch zur Weiterbildung einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt werden, selbst wenn dies nicht explizit angegeben wird. Ein erfindungsgemäßes computergestütztes Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die Herstellung die Schritte aufweist: The inventors have found that in the boundary region of the action zones of different laser beams, for example in the region B12 in FIG. 11, at the boundary line G between the region B121, which is solidified by the laser beam 1, and the region B122, that from the laser beam 2 is solidified, the Aufschmelzverhalten or solidification behavior of the building material is slightly different than in other areas. In particular, the inventors were able to determine that slight inhomogeneities occur at the boundary line, which lead to mechanical weak points, especially when accumulated over a larger volume can. Although the use of several lasers can significantly reduce the production time, it may be necessary to accept losses in the quality of the manufactured objects. In view of the problem just described, it is an object of the present invention to provide a method and an apparatus by means of which objects can be produced in a short time with high quality by means of a generative layer construction method, in particular an additive manufacturing method. The object is achieved by a computer-aided method according to claim 1, a generative layer construction method according to claim 13, a device for computer-aided generation of a control data set according to claim 14 and a computer program according to claim 15. Further developments of the invention are claimed in the dependent claims inventive method be further developed by below or in the dependent claims executed features of the devices according to the invention and vice versa. Furthermore, the features described in connection with a device can also be used to develop another device according to the invention, even if this is not explicitly stated. A computer-assisted method according to the invention for generating a control data record for a generative layer building apparatus for producing a three-dimensional object by means of the same, the production comprising the steps:
Aufbau des Objekts Schicht auf Schicht, und  Building the object layer by layer, and
gesteuertes Richten von Strahlung mindestens einer Strahlungsquelle durch eine Ein- tragseinrichtung auf einem Objektquerschnitt entsprechende Bereiche einer Schicht eines Aufbaumaterials,  Controlled directing of radiation of at least one radiation source by means of an input device on an object cross-section corresponding areas of a layer of a building material,
wobei die Eintragseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Strahlbündeln auf unterschiedliche Regionen einer aufgetragenen Schicht zu richten, wobei jedes der Strahlbündel dort, wo es auf die Schicht auftrifft, auf das Aufbaumaterial einwirkt, insbesondere so, dass dieses verfestigt wird, weist auf: wherein the insertion means is adapted to direct a plurality of beams to different regions of an applied layer, each of the beams, where it strikes the layer, acting on the building material, in particular so as to solidify it, indicates:
einen ersten Schritt des Zugriffs auf mindestens zwei Schichtdatensätze, die Datenmodelle einer entsprechenden Anzahl von während der Herstellung selektiv zu verfestigenden und unmittelbar übereinanderliegenden Aufbaumaterialschichten aufweisen, wobei in einem Datenmodell einem Objektquerschnitt entsprechende Stellen gekennzeichnet sind, an denen eine Verfestigung des Aufbaumaterials stattfinden soll,  a first step of accessing at least two layer data sets which have data models of a corresponding number of build material layers to be selectively solidified during fabrication, wherein in a data model an object cross-section is identified corresponding locations at which solidification of the build material is to occur;
wobei in einem Datenmodell gekennzeichnet ist, welches der Mehrzahl von Strahlbündeln das Aufbaumaterial an welchen der dem jeweiligen Objektquerschnitt entsprechenden Stellen verfestigen soll,  wherein it is characterized in a data model which of the plurality of beams is intended to solidify the building material at which of the locations corresponding to the respective object cross-section,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Schritt in einem Schichtdatensatz mehrere aneinandergrenzende Teilquerschnitte, also zu verfestigende Teilregionen eines Objektquerschnitts, festgelegt werden, wobei für jeden der Teilquerschnitte festgelegt wird, mit welchem Strahlbündel die Stellen in diesem Teilquerschnitt zu verfestigen sind,  characterized in that in a second step in a layer data set a plurality of adjoining partial cross sections, ie to be solidified subregions of an object cross section are determined, is determined for each of the partial cross sections, with which beam to consolidate the bodies in this partial cross section,
wobei die Teilquerschnitte so festgelegt werden, dass ein Grenzbereich, also ein an der Grenze zwischen verschiedenen Teilquerschnitten liegender Bereich, in seiner Gestalt und/oder Lage in der Schichtebene gegenüber der Gestalt und/oder Lage eines Grenzbereichs in einem der unmittelbar vorangegangenen oder der unmittelbar darauffolgenden Schicht zugeordneten Schichtdatensatz unterschiedlich ist und  wherein the partial cross-sections are determined such that a boundary region, ie an area lying at the boundary between different partial cross-sections, in its shape and / or position in the layer plane with respect to the shape and / or position of a boundary region in one of the immediately preceding or immediately following Layer assigned shift data set is different and
in einem dritten Schritt der im zweiten Schritt abgeänderte Schichtdatensatz als Steu- erdatensatz für die generative Schichtbauvorrichtung bereitgestellt wird.  in a third step, the layer data record modified in the second step is provided as a control data record for the generative layer building apparatus.
Hierbei kann die Strahlungsquelle beispielsweise ein Laser oder eine Elektronenstrahlquelle sein, denkbar wäre aber auch an eine Einrichtung beim 3D-Drucken, die einen Bindemittelstrahl erzeugt oder eine UV-Lichtquelle in der Stereolithographie. Der Begriff "Strahlbündel" soll zum Ausdruck bringen, dass nicht nur Strahlen gemeint sind, die beim Auftreffen auf das Aufbaumaterial einen runden Querschnitt aufweisen, sondern ebenfalls Strahlen, die z. B. einen linienförmigen Querschnitt aufweisen oder gar Strahlung, die gleichzeitig in einen größeren Bereich des Aufbaumaterials (also flächig) eingetragen wird. Als Schichtdatensatz wird hierbei ein Datensatz angesehen, der ein Datenmodell einer während des Herstellungsverfahrens an den Stellen eines Objektquerschnitts zu verfestigenden Aufbaumaterialschicht enthält. Insbesondere weist solch ein Datenmodell eine zweidimensionale Repräsentation des in einer Schicht mittels eines oder mehrerer Strahlen zu verfesti- genden Objektquerschnitts auf. Darüber hinaus ist spezifiziert, welches der Mehrzahl von Strahlbündeln auf eine Stelle des Objektquerschnitts zu richten ist. Dabei werden normalerweise unterschiedliche Stellen in einem Objektquerschnitt von unterschiedlichen Strahlbündeln verfestigt. Daneben ist es natürlich auch möglich, dass eine bestimmte Stelle des Objektquerschnitts durch das Richten von mehreren Strahlbündeln auf diese Stelle verfestigt wird. In dem Schichtdatensatz können, müssen aber nicht, noch weitere Informationen hinsichtlich der Herstellung des Objektquerschnitts enthalten sein, z. B. die Schichtdicke, der Durchmesser eines auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahles, etc. In this case, the radiation source may be, for example, a laser or an electron beam source, but it would also be conceivable for a device for 3D printing which generates a binder beam or a UV light source in stereolithography. The term "beam" is intended to express that not only rays are meant that have a round cross section when hitting the building material, but also rays that z. B. have a linear cross-section or even radiation, which is registered at the same time in a larger area of the building material (ie area). In this case, a data record which contains a data model of a build-up material layer to be consolidated at the locations of an object cross-section during the production process is regarded as a shift data record. In particular, such a data model has a two-dimensional representation of the object cross-section to be consolidated in one layer by means of one or more beams. In addition, it is specified which of the plurality of beam bundles is to be directed to a location of the object cross section. In this case, different locations in an object cross-section are usually solidified by different beam bundles. In addition, it is of course also possible that a certain point of the object cross-section is solidified by directing multiple beams to this point. In the layer data set can, but need not, even more information regarding the production of the object cross section may be included, for. B. the layer thickness, the diameter of an incident on the building material beam, etc.
Wenn von einem Zugriff auf mindestens zwei Schichtdatensätze die Rede ist, dann ist damit gemeint, dass ein Schichtdatensatz aus einem Speicher ausgelesen wird oder aber die dem Schichtdatensatz entsprechenden Daten über ein Netzwerk entgegengenommen werden. Dabei müssen die beiden Schichtdatensätze nicht zwangsläufig gemeinsam (also gleichzeitig) eingelesen werden. Es ist auch möglich, dass es einen größeren zeitlichen Abstand zwischen den Zugriffvorgängen auf die beiden Schichtdatensätze gibt, beispielsweise einer der beiden Schichtdatensätze zu einem früheren Zeitpunkt eingelesen wurde. If access to at least two shift records is mentioned, this means that a shift record is read from a memory or the data corresponding to the shift record is received via a network. The two shift records do not necessarily have to be read together (ie simultaneously). It is also possible that there is a greater time interval between the access operations on the two shift records, for example, one of the two shift records was read in at an earlier time.
Die Zerlegung in Teilquerschnitte geschieht dabei dergestalt, dass alle Stellen innerhalb eines Teilquerschnitts mit demselben Strahlbündel zu verfestigen sind. Mit dem erfindungsgemäßen Vorgehen kann beispielsweise verhindert werden, dass in einem hergestellten Objekt in größeren zusammenhängenden Bereichen Inhomogenitäten beim Verfestigen des Aufbaumaterials, die an den Grenzen zwischen den Einwirkbereichen unterschiedlicher Verfestigungsstrahlbündel auftreten können, vorhanden sind. Dadurch können die mechanischen Parameter (z. B. die Reißdehnung) des hergestellten Objekts verbessert werden. Auch kann beispielsweise eine Wulstbildung an der Objektoberfläche, wie sie durch Grenzen zwischen den Einwirkbereichen, die in mehreren Schichten übereinander liegen, auftreten kann, vermieden werden. Die Grenze zwischen den Einwirkbereichen wird dabei als "Grenzbereich" bezeichnet. Normalerweise ist davon auszugehen, dass die Grenze zwischen zwei Bereichen eine Grenzlinie ist. Je nach verwendetem Aufbaumaterial und gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Objekts kann es aber angezeigt sein, die beiden Einwirkbereiche, dort wo sie aneinander grenzen, beim Verfestigen überlappen zu lassen oder aber einen Abstand zwischen beiden Einwirkbereichen zu lassen. Aus diesem Grunde wurde in der vorliegenden Anmeldung der Begriff "Grenzbereich" gewählt. Darüber hinaus kann bei genügend starker Vergrößerung jede reale Linie als Bereich angesehen werden. The decomposition into partial cross sections takes place in such a way that all points within a partial cross section are to be solidified with the same bundle of rays. With the procedure according to the invention, it is possible, for example, to prevent inhomogeneities in the solidification of the building material, which can occur at the boundaries between the areas of action of different solidification beam bundles, in a manufactured object in larger coherent areas. Thereby, the mechanical parameters (eg the elongation at break) of the manufactured object can be improved. Also, for example, a bead on the object surface, as through Limits between the areas of action, which may occur in several layers, can be avoided. The boundary between the action areas is referred to as the "boundary area". Normally it can be assumed that the border between two areas is a borderline. Depending on the construction material used and the desired properties of the object to be produced, however, it may be appropriate to allow the two areas of action, where they adjoin one another, to overlap upon solidification or to leave a distance between the two areas of action. For this reason, in the present application, the term "boundary area" was chosen. In addition, at sufficiently high magnification, any real line can be considered an area.
Bevorzugt wird das Verfahren so durchgeführt, dass die Grenzbereiche in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Schichten einander nicht vollständig, also nicht zu 100%, überdecken, noch weiter bevorzugt einander zu 0%, also überhaupt nicht, überdecken. Hierdurch können beispielsweise Objekte mit besonders guten Oberflächen oder Eigenschaften hergestellt wer- den, obwohl durch den Einsatz einer Mehrzahl von Strahlen zum Verfestigen die Fertigungszeit gering ist. Die Prozentangaben für eine Überdeckung beziehen sich auf eine Überdeckung eines Prozentsatzes der Fläche eines der Grenzbereiche durch den anderen. Die einander überdeckenden Bereiche müssen dabei selbst bei vollständiger Überdeckung nicht in Gestalt und/oder Größe übereinstimmen. Nimmt man beispielsweise an, dass in einer Schicht ein Grenzbereich eine linienförmige Gestalt aufweist, insbesondere die Gestalt einer geradenThe method is preferably carried out in such a way that the boundary regions in at least two successive layers do not completely cover one another, that is to say not 100%, and even more preferably cover each other at 0%, ie not at all. As a result, for example, objects with particularly good surfaces or properties can be produced, although the production time is low due to the use of a plurality of beams for solidifying. The percentages of overlap refer to overlapping a percentage of the area of one of the boundary areas with the other. The overlapping areas need not match in shape and / or size even with complete coverage. For example, suppose that in a layer, a boundary region has a linear shape, in particular the shape of a straight line
Linie aufweist, so sollten, falls in der darüber liegenden Schicht ebenfalls ein linienförmiger Grenzbereich gleicher Gestalt und Linienausrichtung vorhanden ist, beide Grenzbereiche um mindestens 50%, bevorzugt um 100%, noch bevorzugter um 120% der Linienbreite in einer Richtung senkrecht zur linienförmigen Gestalt gegeneinander verschoben sein. Line, so should in the overlying layer also has a linear boundary area of the same shape and line orientation, both border areas by at least 50%, preferably by 100%, more preferably by 120% of the line width in a direction perpendicular to the line shape against each other be postponed.
Weiter bevorzugt wird das Verfahren so durchgeführt, dass die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs in der Schichtebene so festgelegt werden, dass sie sich beim Herstellvorgang frühestens nach n Schichten, wobei n eine natürliche Zahl größer als Eins ist, wiederholen. Durch solch ein Vorgehen kann beispielsweise das Auftreten von mechanischen Schwachstel- len im Objekt effektiv begrenzt werden. Noch weiter bevorzugt werden die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs in der Schichtebene so festgelegt, dass sie sich beim Herstellvorgang spätestens nach m Schichten, wobei m eine natürliche Zahl größer oder gleich n ist, wiederholen. Dadurch kann beispielsweise die Festlegung der Gestalt oder Lage eines Grenzbereichs vereinfacht werden, da diese nicht in allen Schichten unterschiedlich sein müssen. More preferably, the method is carried out such that the shape and / or position of the boundary region in the layer plane are set so that they repeat at the earliest after n layers in the manufacturing process, where n is a natural number greater than one. By such a procedure, for example, the occurrence of mechanical weak points in the object can be effectively limited. Even more preferably, the shape and / or position of the boundary region in the layer plane are set so that they repeat in the manufacturing process at the latest after m layers, where m is a natural number greater than or equal to n. As a result, for example, the definition of the shape or position of a boundary region can be simplified, since these do not have to be different in all layers.
Insbesondere können die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs in der Schichtebene so festgelegt werden, dass sie sich beim Herstellvorgang in Aufbaurichtung gemäß einer ersten periodischen Funktion, insbesondere einer Sinusfunktion, Dreiecksfunktion oder Rechteckfunktion ändern. Damit ist insbesondere gemeint, dass die Gestalt und/oder Lage über mehrere Schichten hinweg solchermaßen unterschiedlich sind, dass sich die Veränderungen mittels einer periodischen Funktion in Abhängigkeit von der Schichtnummer beschreiben lassen, wobei im Herstellvorgang später zu verfestigenden Schichten höhere Schichtnummern zuge- ordnet sind als im Herstellvorgang früher zu verfestigenden Schichten. Würde beispielsweise die Lage eines Grenzbereichs, dessen Gestalt sich nicht ändert, sich beim Herstellvorgang in Aufbaurichtung gemäß einer Sinusfunktion ändern, so würde man bei einem Schnitt durch den Schichtstapel an geeigneter Stelle die Lageorte des Grenzbereichs in den Schichtebenen durch eine Sinusfunktion beschreiben oder (bei diskreten Lageorten) zumindest approximie- ren können. In particular, the shape and / or position of the boundary region in the layer plane can be set so that they change during the manufacturing process in the construction direction according to a first periodic function, in particular a sine function, triangular function or rectangular function. This means, in particular, that the shape and / or position over a plurality of layers are so different that the changes can be described by means of a periodic function as a function of the layer number, with higher layer numbers being assigned later to layers to be consolidated in the production process in the manufacturing process earlier to be consolidated layers. If, for example, the position of a boundary region, the shape of which does not change, change in the construction direction according to a sinusoidal function in the manufacturing process, then the location of the boundary region in the layer planes would be described by a sinusoidal function at a section through the layer stack at a suitable location or (at discrete Locations) can at least approximate.
Durch die beschriebene periodische Variation der Lage und/oder Gestalt eines Grenzbereichs kann die mechanische Festigkeit eines hergestellten Objekts besonders hoch sein. Der Grund ist, dass (z. B. bei einer Dreiecksfunktion) eine Verzahnung der mit unterschiedlichen Strahl- bündeln verfestigten Teilquerschnitte in unterschiedlichen Schichten auftritt. Due to the described periodic variation of the position and / or shape of a boundary region, the mechanical strength of a manufactured object can be particularly high. The reason is that (for example in the case of a triangular function), a toothing of the partial cross sections solidified with different beam bundles occurs in different layers.
Insbesondere können die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs in der Schichtebene so festgelegt werden, dass sie sich beim Herstellvorgang in Aufbaurichtung zusätzlich gemäß einer zweiten periodischen Funktion ändern, die der ersten periodischen Funktion überlagert ist und bevorzugt eine kürzere Periode als die erste periodische Funktion aufweist. Dadurch kann trotz des soeben geschilderten Verzahnungseffekts dafür gesorgt werden, dass eine zu starke Kumulierung von Grenzbereichen (insbesondere im Hinblick auf Wülste an der Objektoberfläche) vermieden werden kann. In particular, the shape and / or position of the boundary region in the layer plane can be set so that they additionally change in the construction direction in the construction direction according to a second periodic function, which is superimposed on the first periodic function and preferably has a shorter period than the first periodic function , Thereby In spite of the gearing effect just described, care can be taken to avoid excessive accumulation of boundary regions (in particular with regard to beads on the object surface).
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses auch auf Grenzbereiche angewendet, die in der Kontur eines Objektquerschnitts liegen und dort zwei Abschnitte des Konturbereichs gegeneinander abgrenzen, die durch unterschiedliche Verfestigungsstrahlbündel verfestigt werden. Die Abschnitte des Konturbereichs werden hierbei ebenfalls als Teilquerschnitte eines Objektquerschnitts angesehen, was zulässig ist, da normalerweise der Konturbereich mit einem Strahl endlichen Durchmessers zum Verfestigen überfahren wird und damit als zweidimensionaler Bereich angesehen werden kann. Entsprechendes gilt für die Stelle, an der die beiden Abschnitte aneinander grenzen, die entsprechend ebenfalls als flächiger Bereich angesehen werden kann und als Grenzbereich bezeichnet wird. Da gerade an der Objektoberfläche Inhomogenitäten in der Objektbeschaffenheit leicht wahrgenommen werden können, bietet sich die Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere für Objekte an, bei denen es auf optisch exakte Oberflächen ankommt, beispielsweise Objekte von ästhetischem Wert. In a variant of the method according to the invention, this is also applied to boundary regions which lie in the contour of an object cross section and delimit therefrom two sections of the contour region which are solidified by different solidification beam bundles. The sections of the contour area are also considered as partial cross-sections of an object cross section, which is permissible, since normally the contour area is run over with a beam of finite diameter for solidification and thus can be regarded as a two-dimensional area. The same applies to the point at which the two sections adjoin one another, which can likewise be regarded as a flat area and is referred to as a border area. Since inhomogeneities in the object condition can easily be perceived at the object surface, the variant of the method according to the invention is particularly suitable for objects which require optically exact surfaces, for example objects of aesthetic value.
Weiterhin können die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs in der Schichtebene so festgelegt werden, dass in mindestens einer Schicht die Lage des Grenzbereichs bezogen auf eine auf den Schichtebenen senkrecht stehende Drehachse im Vergleich zu einer anderen Schicht verdreht ist, bevorzugt um einen Winkel, der größer oder gleich 5° ist, weiter bevorzugt um einen Winkel, der größer oder gleich 10° ist, noch weiter bevorzugt um einen Winkel, der größer oder gleich 20° ist, sofern die Gestalt des Grenzbereichs in den beiden Schichten im Wesentlichen gleich ist. Mit solch einem Vorgehen kann auf besonders effektive und einfache Weise die Lage und/oder Gestalt eines Grenzbereichs variiert werden, da durch Drehungen eine (vollständige) Überdeckung auf besonders effektive Weise vermieden wird. Insbesondere kann die Drehung gemäß der bereits erwähnten zweiten periodischen Funktion über eine Mehrzahl von Schichten hinweg stattfinden. Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs in der Schichtebene so festgelegt werden, dass sie sich in den Schichten in Aufbaurichtung gemäß einer Zufallsfunktion ändern. Durch solch eine zufällige Variation der Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs in der Schichtebene kann auf besonders gründliche Weise eine Kumulierung der Grenzbereiche in unterschiedlichen Schichten vermieden werden. Furthermore, the shape and / or position of the boundary region in the layer plane can be set such that in at least one layer the position of the boundary region is twisted relative to another rotation axis perpendicular to the layer planes, preferably by an angle is greater than or equal to 5 °, more preferably an angle greater than or equal to 10 °, even more preferably an angle greater than or equal to 20 °, provided that the shape of the boundary region in the two layers is substantially equal. With such a procedure, the position and / or shape of a boundary region can be varied in a particularly effective and simple manner, since (complete) overlapping is avoided in a particularly effective manner by rotations. In particular, the rotation according to the already mentioned second periodic function can take place over a plurality of layers. In a variant of the method according to the invention, the shape and / or position of the boundary region in the layer plane can be set such that they change in the layers in the direction of construction according to a random function. By such a random variation of the shape and / or position of the boundary region in the layer plane, it is possible to avoid cumulation of the boundary regions in different layers in a particularly thorough manner.
Insbesondere können auch die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs in der Schichtebene so festgelegt werden, dass sie sich entsprechend einer Funktion ändern, die sich aus einer Überlagerung der ersten und/oder zweiten periodischen Funktion mit einer Zufallsfunktion ergibt. Mit "Überlagerung mit einer Zufallsfunktion" ist hierbei gemeint, dass die Werte der ersten oder zweiten periodischen Funktion zufällig abgeändert werden, ähnlich z. B. einer Sinusfunktion, die nicht eine exakte Sinusfunktion ist, sondern "verrauscht" ist. Anstelle der Verwendung einer Zufallsfunktion kann auch eine Funktion verwendet werden, die zwar nicht zu einer durch den Zufall bestimmten Lage und/oder Gestalt von Grenzbereichen führt, wohl aber dazu, dass sich Lage und/oder Gestalt von Grenzbereichen in einem Muster wiederholen, dass bei Betrachtung nicht ohne Weiteres erkennbar ist. Solch ein Vorgehen bietet sich gerade in Zusammenhang mit an der Oberfläche (bzw. in der Kontur) von Objekten vorhandenen Grenzbereichen an. In particular, the shape and / or position of the boundary region in the layer plane can also be set so that they change according to a function resulting from a superimposition of the first and / or second periodic function with a random function. By "overlay with a random function" it is meant that the values of the first or second periodic functions are changed randomly, similarly to e.g. B. a sine function, which is not an exact sine function, but is "noisy". Instead of using a random function, it is also possible to use a function which does not lead to a randomly determined position and / or shape of border regions, but to the fact that the position and / or shape of boundary regions repeat in a pattern that is the case Viewing is not readily apparent. Such a procedure is particularly suitable in connection with boundary areas present on the surface (or in the contour) of objects.
Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Änderung der Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs von Schicht zu Schicht abhängig davon erfolgen, ob sich ein Grenzbereich in einem im Vorhinein festgelegten Teilabschnitt eines herzustellenden Objekts befindet. Damit kann man beispielsweise unterschiedlichen Anforderungen an unterschiedliche Teilabschnitte eines herzustellenden Objekts begegnen. Beispielsweise kann man in einem nahe der Oberfläche liegenden Teilabschnitt des Objekts die Lage und/oder Gestalt eines Grenzbereichs von Schicht zu Schicht stärker variieren lassen als in einem Teilabschnitt fern der Oberfläche, um dadurch den hohen Anforderungen an die optische Qualität der Oberflä- che zu begegnen. Insbesondere kann man das Verfahren nur für einen oder mehrere bestimmte im Vorhinein festgelegte Teilabschnitte eines herzustellenden Objekts durchführen. In a variant of the method according to the invention, the change in the shape and / or position of the boundary region from layer to layer can take place depending on whether a boundary region is located in a pre-determined section of an object to be produced. This can be used, for example, to meet different requirements for different sections of an object to be produced. For example, in a subsection of the object located near the surface, the position and / or shape of a border region can be varied more from layer to layer than in a section remote from the surface, in order to meet the high demands on the optical quality of the surface. to meet. In particular, the method can be carried out only for one or more predetermined subsections of an object to be produced.
Bei einer vorteilhaften Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im zweiten Schritt für zumindest einen Abschnitt zumindest eines Objektquerschnitts in Abhängigkeit von Vorgaben für eine Qualität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts festgelegt, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln das Aufbaumaterial innerhalb dieses Abschnitts zu verfestigen ist. Damit kann über die Anzahl der zum Verfestigen eingesetzten Strahlbündel die Herstellung des Objekts zusätzlich bezüglich Fertigungszeit und Qualität optimiert werden. In an advantageous modification of the method according to the invention, in the second step for at least a section of at least one object cross-section as a function of specifications for a quality of the section and / or a production time of the object, it is determined with which number of beam bundles the building material is to be solidified within this section. Thus, the production of the object can additionally be optimized with regard to production time and quality via the number of beams used for solidifying.
Ein erfindungsgemäßes generatives Schichtbauverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels einer generativen Schichtbauvorrichtung, wobei die Herstellung die Schritte aufweist: A generative layer construction method according to the invention for producing a three-dimensional object by means of a generative layer construction apparatus, the production comprising the steps:
Aufbau des Objekts Schicht auf Schicht,  Structure of the object layer by layer,
gesteuertes Richten von Strahlung mindestens einer Strahlungsquelle durch eine Eintragseinrichtung auf einem Objektquerschnitt entsprechende Bereiche einer Schicht eines Aufbaumaterials,  controlled irradiation of radiation of at least one radiation source by means of an entry device on an object cross section corresponding areas of a layer of a building material,
wobei die Eintragseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Strahlbündeln gleichzeitig auf unterschiedliche Regionen der aufgetragenen Schicht zu richten, wobei jedes der Strahlbündel dort, wo es auf die Schicht auftrifft, auf das Aufbaumaterial einwirkt, insbesondere so, dass dieses verfestigt wird,  wherein the insertion means is adapted to direct a plurality of beams simultaneously to different regions of the applied layer, each of the beams acting on the building material where it impinges on the layer, in particular so that it is solidified,
verwendet für die Herstellung einen durch ein erfindungsgemäßes Verfahren generierten Steuerdatensatz. Damit kann ein Herstellvorgang hinsichtlich Fertigungszeit und Qualität eines herzustellenden Objekts optimiert werden, beispielsweise indem das erfindungsgemäße Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes vor dem Beginn des Herstellvorgangs, insbesondere vor dem Auftragen der ersten Aufbaumaterialschicht ausgeführt wird und der Ablauf des Herstellvorgangs von einem Steuerbefehlssatz gesteuert wird, welcher den durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes bereitgestellten Steuerdatensatz enthält, Eine erfindungsgemäße generative Schichtbauvorrichtung weist eine Steuervorrichtung auf, welche einen Herstellvorgang eines Objekts unter Verwendung eines durch ein erfindungs- gemäßes Verfahren generierten Steuerdatensatzes steuert. uses a control data set generated by a method according to the invention for the production. Thus, a manufacturing process with respect to production time and quality of an object to be produced can be optimized, for example by the inventive method for generating a control data set is carried out before the start of the manufacturing process, in particular before the application of the first building material layer and the flow of the manufacturing process is controlled by a control instruction set, which contains the control data set provided by the method according to the invention for generating a control data record, A generative layer construction device according to the invention has a control device which controls a production process of an object using a control data record generated by a method according to the invention.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur computergestützten Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die Herstellung die Schritte aufweist: A device according to the invention for computer-aided generation of a control data set for a generative layer building apparatus for producing a three-dimensional object by means of the same, the production comprising the steps:
Aufbau des Objekts Schicht auf Schicht,  Structure of the object layer by layer,
gesteuertes Richten von Strahlung mindestens einer Strahlungsquelle durch eine Eintragseinrichtung auf einem Objektquerschnitt entsprechende Bereiche einer Schicht eines Aufbaumaterials,  controlled irradiation of radiation of at least one radiation source by means of an entry device on an object cross section corresponding areas of a layer of a building material,
wobei die Eintragseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Strahlbündeln gleichzeitig auf unterschiedliche Regionen der aufgetragenen Schicht zu richten, wobei jedes der Strahlbündel dort, wo es auf die Schicht auftrifft, auf das Aufbaumaterial einwirkt, insbesondere so, dass dieses verfestigt wird,  wherein the insertion means is adapted to direct a plurality of beams simultaneously to different regions of the applied layer, each of the beams acting on the building material where it impinges on the layer, in particular so that it is solidified,
weist auf: indicates:
eine Zugriffseinheit, die geeignet ist, auf mindestens zwei Schichtdatensätze zuzugrei- fen, die Datenmodelle einer entsprechenden Anzahl von während der Herstellung selektiv zu verfestigenden und unmittelbar übereinanderliegenden Aufbaumaterialschichten aufweisen, wobei in einem Datenmodell gekennzeichnet ist, mittels welches Strahlbündels das Aufbaumaterial an den dem jeweiligen Objektquerschnitt entsprechenden Stellen zu verfestigen ist,  an access unit which is suitable for accessing at least two layer data sets which have data models of a corresponding number of build material layers to be selectively solidified during production and characterized in a data model by means of which beam the build material adjoins the respective object cross section to solidify appropriate bodies,
gekennzeichnet durch eine Festlegungseinheit, die geeignet ist, in einem Schichtdatensatz mehrere aneinandergrenzende Teilquerschnitte, also zu verfestigende Teilregionen eines Objektquerschnitts, festzulegen, wobei für jeden der Teilquerschnitte festgelegt wird, mit welchem Strahlbündel die Stellen in diesem Teilquerschnitt zu verfestigen sind,  characterized by a fixing unit which is suitable for defining in a layer data set a plurality of adjoining partial cross sections, that is to be solidified subregions of an object cross section, it being determined for each of the partial cross sections with which beam the points in this partial cross section are to be solidified,
wobei die Teilquerschnitte so festgelegt werden, dass ein Grenzbereich, also ein an der Grenze zwischen verschiedenen Teilquerschnitten liegender Bereich, in seiner Gestalt und/oder Lage in der Schichtebene gegenüber der Gestalt und/oder Lage eines Grenzbereichs in einem der unmittelbar vorangegangenen oder der unmittelbar darauffolgenden Schicht zugeordneten Schichtdatensatz unterschiedlich ist, und wherein the partial cross-sections are set so that a boundary region, that is, an area lying at the boundary between different partial cross-sections, in its shape and / or position in the layer plane is different from the shape and / or position of a boundary region in a layer data record assigned to the immediately preceding or the immediately following layer, and
eine Bereitstellungseinheit, die geeignet ist, den durch die Festlegungseinheit abgeän- derten Schichtdatensatz als Steuerdatensatz für die generative Schichtbauvorrichtung bereitzustellen.  a provisioning unit which is suitable for providing the shift data record modified by the setting unit as a control data record for the generative layer building apparatus.
Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung irgendeiner der Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Generierung eines Steuerdatensatzes geeignet. Bei der erwähnten Zugriffseinheit kann es sich um eine Eingangsschnittstelle handeln, welche Daten von einem mobilen Datenträger einlesen kann oder Daten über ein Netzwerk entgegennimmt oder aber Daten direkt aus einem Speicher ausliest. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere nicht nur als separate Einheit implementiert werden, sondern kann Bestandteil eines umfassenderen EDV-Systems sein (beispielsweise eines CAD- Entwurfsystems) oder aber in eine generative Schichtbauvorrichtung integriert sein. In den letztgenannten beiden Fällen handelt es sich bei der Zugriffseinheit dann bevorzugt um eine Software-Schnittstelle, die mit anderen Systemkomponenten kommuniziert. Insbesondere muss die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht zwangsweise Bestandteil einer generativen Schichtbauvorrichtung sein. Dies ist deshalb von Vorteil, weil unter Umständen Schichtdaten- sätze für ein zu bearbeitendes Objekt nicht am Ort der generativen Schichtbauvorrichtung vorliegen, sondern dort, wo das zu bearbeitende Objekt entworfen wurde. Darüber hinaus kann von der Zugriffseinheit auch auf Schichtdatensätze zugegriffen werden, die in einem in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhandenen Speicher abgelegt sind. Auf der anderen Seite ist eine enge Koppelung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Generierung eines Steuerdatensatzes an eine generative Schichtbauvorrichtung, für die der Steuerdatensatz erzeugt wird, von Vorteil, da dann rasch auf durch die generative Schichtbauvorrichtung vorgegebene technische Randbedingungen (z. B. sich ändernde Prozessparameter, wie die Bauraumtemperatur, etc.) reagiert werden kann, Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfasst Programmcodemittel, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Generierung eines Steuerdatensatzes oder eines erfindungsgemäßen generativen Schichtbauverfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Datenprozessor, insbesondere einem mit einer generativen Schichtbauvorrichtung zusammenwirkenden Datenprozessor, ausgeführt wird. "Zusammenwirken" heißt dabei, dass der Datenprozessor entweder in die generative Schichtbauvorrichtung integriert ist oder mit ihr Daten austauschen kann. In particular, the device according to the invention is suitable for carrying out any of the variants of the method according to the invention for generating a control data record. The mentioned access unit can be an input interface which can read data from a mobile data carrier or receives data via a network or else reads out data directly from a memory. In particular, the device according to the invention can not only be implemented as a separate unit, but can also be part of a more comprehensive EDP system (for example, a CAD design system) or integrated into a generative layer construction device. In the latter two cases, the access unit is then preferably a software interface that communicates with other system components. In particular, the device according to the invention does not necessarily have to be part of a generative layer construction device. This is advantageous because it may be the case that layer data sets for an object to be processed are not present at the location of the generative layer construction device, but rather where the object to be processed has been designed. In addition, the access unit can also access layer data records which are stored in a memory present in the device according to the invention. On the other hand, a close coupling of the device according to the invention for generating a control data record to a generative layer construction device for which the control data record is generated, is advantageous, since then rapid technical constraints specified by the generative layer construction device (eg changing process parameters, how the installation space temperature, etc.) can be reacted, A computer program according to the invention comprises program code means for carrying out all steps of a method according to the invention for generating a control data set or a generative layer construction method according to the invention, when the computer program is executed on a data processor, in particular a data processor cooperating with a generative layer construction device. "Interaction" means that the data processor is either integrated into the generative layer construction device or can exchange data with it.
Die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Generierung eines Steuerdatensatzes sowie der zugehörigen Vorrichtung mittels Software ermöglicht eine einfache Instal- lierbarkeit auf verschiedenen EDV-Systemen an verschiedenen Orten (beispielsweise beim Ersteller des Designs des zu bearbeitenden Objekts oder aber beim Betreiber der generativen Schichtbauvorrichtung). The implementation of the method according to the invention for generating a control data record and the associated device by means of software allows easy installation on different EDP systems at different locations (for example, the creator of the design of the object to be processed or the operator of the generative layer building apparatus).
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Further features and advantages of the invention will become apparent from the description of embodiments with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, 1 shows a schematic, partially sectional view of an exemplary apparatus for generatively producing a three-dimensional object according to an embodiment of the invention,
Fig. 2 und 3 zeigen jeweils eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich des Baufelds einer generativen Schichtbauvorrichtung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Vorgehens, zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung, Fig. 5 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Generierung eines Steuerdatensatzes gemäß der vorliegenden Erfindung, 2 and 3 each show a schematic plan view of a partial region of the construction field of a generative layer construction device for explaining the procedure according to the invention, FIG. 2 shows a schematic representation of a method according to the invention for generating a control data set for a generative layer construction device, 5 shows the schematic structure of an apparatus for generating a control data record according to the present invention,
Fig. 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich des Baufelds einer generativen Schichtbauvorrichtung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Vorgehens, 6 shows a schematic plan view of a partial region of the construction field of a generative layer construction device for explaining the procedure according to the invention,
Fig. 7 und 8 zeigen jeweils einen schematischen Schnitt durch einen Schichtstapel bei der 7 and 8 each show a schematic section through a layer stack in the
Herstellung eines Objekts zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Vorgehens,  Production of an object for explaining the procedure according to the invention,
Fig. 9 zeigt, wie der gegenseitige Abstand d zweier Grenzbereiche in übereinanderliegenden Schichten bestimmt werden kann, 9 shows how the mutual distance d of two boundary regions in superimposed layers can be determined,
Fig. 10 veranschaulicht eine Variante der Erfindung, bei der diese auf den Konturbereich eines Objektquerschnitts angewandt wird, und 10 illustrates a variant of the invention in which it is applied to the contour region of an object cross section, and
Fig. 11 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Baufeld einer generativen Schichtbauvorrichtung zur Erläuterung des Vorgehens beim Vorhandensein mehrerer Verfestigungsstrahlen. FIG. 11 shows a schematic plan view of a construction field of a generative layer construction device for explaining the procedure in the presence of a plurality of solidification beams.
Für eine Beschreibung der Erfindung soll zunächst nachfolgend am Beispiel einer Lasersinteroder -Schmelzvorrichtung eine erfindungsgemäße generative Schichtbauvorrichtung unter Bezugnahme auf Fig, 1 beschrieben werden. Es sei an dieser Stelle vermerkt, dass in der vorliegenden Anmeldung der Begriff "Anzahl" stets im Sinne von "ein oder mehrere" zu verstehen ist. Ferner sei bemerkt, dass mittels einer erfindungsgemäßen generativen Schichtbauvorrichtung nicht nur ein Objekt, sondern auch mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden können, auch in solchen Fällen, in denen nur von einem Objekt die Rede ist. For a description of the invention, a generative layer construction device according to the invention will first be described below, using the example of a laser sintering melting device, with reference to FIG. 1. It should be noted at this point that in the present application, the term "number" always in the sense of "one or more" to understand. It should also be noted that not only one object but also several objects can be produced simultaneously by means of a generative layer construction device according to the invention, even in cases in which only one object is mentioned.
Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 eine Prozesskammer oder Baukammer 3 mit einer Kammerwandung 4. In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Baubehälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 5 ist eine Arbeitsebene 7 definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 7, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld 8 bezeichnet wird. For constructing an object 2, the laser sintering or laser melting device 1 contains a process chamber or construction chamber 3 with a chamber wall 4. In the process chamber 3, an upwardly open building container 5 is arranged with a container wall 6. A working plane 7 is defined by the upper opening of the construction container 5, wherein the area of the working plane 7 which lies within the opening and which can be used to construct the object 2 is referred to as construction field 8.
In dem Baubehälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 10 angeordnet, an dem eine Grundplatte 11 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 11 kann eine getrennt von dem Träger 10 gebil- dete Platte sein, die an dem Träger 10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 10 ausgebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 11 noch eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 11 selber aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In Fig. 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 12 zu bildende Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 13. In the building container 5 a movable in a vertical direction V carrier 10 is arranged, on which a base plate 11 is mounted, which closes the container 5 down and thus forms its bottom. The base plate 11 may be a plate formed separately from the carrier 10, which is fixed to the carrier 10, or it may be integrally formed with the carrier 10. Depending on the powder and process used, a building platform 12 can still be mounted on the base plate 11 as a construction base on which the object 2 is built up. The object 2 can also be built on the base plate 11 itself, which then serves as a construction document. In FIG. 1, the object 2 to be formed in the container 5 on the building platform 12 is shown below the working plane 7 in an intermediate state with a plurality of solidified layers surrounded by building material 13 which has remained unconsolidated.
Die Lasersinter- oder -Schmelzvorrichtung 1 enthält weiterhin einen Vorratsbehälter 14 für ein Aufbaumaterial 15, in diesem Beispiel ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares Pulver, und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 16 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 15 innerhalb des Baufelds 8. Optional kann in der Prozesskammer 3 eine Strahlungsheizung 17 angeordnet sein, die zum Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials 15 dient. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein. The laser sintering or melting apparatus 1 further comprises a reservoir 14 for a building material 15, in this example an electromagnetic radiation solidifiable powder, and a coater 16 movable in a horizontal direction H for applying the building material 15 within the construction field 8 the process chamber 3, a radiant heater 17 may be arranged, which serves for heating the applied building material 15. As radiant heater 17, for example, an infrared radiator can be provided.
Die beispielhafte Lasersintervorrichtung 1 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung 20 mit einem Laser 21, der einen Laserstrahl 22 erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt wird und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebe- ne 7 fokussiert wird. Weiter enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Steuereinrichtung 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch teilweise oder ganz außerhalb der Vorrichtung angebracht sein. Die Steuereinrichtung kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung auf einem Speichermedium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrichtung, insbesondere in die Steuereinrichtung geladen werden kann. Im Betrieb wird durch die Steuereinrichtung 29 der Träger 10 Schicht für Schicht abgesenkt, der Beschichter 16 zum Auftrag einer neuen Pulverschicht angesteuert und die Umlenkvorrichtung 23 und gegebenenfalls auch der Laser 21 und/oder die Fokussiervorrichtung 24 angesteuert zum Verfestigen der jeweiligen Schicht an den dem jeweiligen Objekt entsprechenden Stellen mittels des Lasers durch Abtasten dieser Stellen mit dem Laser. The exemplary laser sintering device 1 further includes an exposure device 20 with a laser 21 which generates a laser beam 22 which is deflected by a deflection device 23 and by a focusing device 24 via a coupling window 25 which is mounted on the top of the process chamber 3 in the chamber wall 4 , is focused on the working level 7. Furthermore, the laser sintering device 1 includes a control device 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner for carrying out the building process. Alternatively, the control device may also be mounted partially or completely outside the device. The controller may include a CPU whose operation is controlled by a computer program (software). The computer program can be stored separately from the device on a storage medium, from which it can be loaded into the device, in particular into the control device. In operation, the carrier 10 is lowered layer by layer by the control device 29, the coater 16 is driven to apply a new powder layer and the deflection device 23 and optionally also the laser 21 and / or the focusing device 24 driven to solidify the respective layer to the respective Object corresponding locations by means of the laser by scanning these locations with the laser.
Beim Lasersintern oder Laserschmelzen kann eine Belichtungsvorrichtung beispielsweise einen oder mehrere Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Laser wie z.B. Laserdioden, insbesondere VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSEL (Vertical Ex- ternal Cavity Surface Emitting Laser), oder eine Zeile dieser Laser umfassen. Allgemein kann an Stelle eines Lasers jede Einrichtung verwendet werden, mit der Energie als elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung selektiv auf eine Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht werden kann. Anstelle eines Lasers können beispielsweise eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl oder jede andere Energie- bzw. Strahlenquelle verwendet werden, die geeignet ist, das Aufbaumaterial zu verfestigen. Der in Fig. 1 gezeigte spezifische Aufbau einer Lasersinter- oder -Schmelzvorrichtung ist daher nur beispielhaft und kann natürlich auch abgewandelt werden, insbesondere bei Verwendung einer anderen Belichtungsvorrichtung als der gezeigten. For example, in laser sintering or laser melting, an exposure apparatus may include one or more gas or solid state lasers, or any other type of laser, such as a laser. Laser diodes, in particular Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) or Vertical External Cavity Surface Emitting Laser (VECSEL), or a row of these lasers. In general, instead of a laser, any device can be used with which energy can be selectively applied to a layer of the building material as electromagnetic radiation or particle radiation. Instead of a laser, for example, another light source, an electron beam or any other energy or radiation source can be used, which is suitable to solidify the building material. The specific structure of a laser sintering or melting device shown in FIG. 1 is therefore only an example and can of course also be modified, in particular when using a different exposure device than the one shown.
Auch wenn in Fig. 1 als Beispiel einer generativen Schichtbauvorrichtung eine Lasersinter- bzw. Laserschmelzvorrichtung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf das Lasersintern oder Laserschmelzen eingeschränkt. Sie kann auch im Zusammenhang mit anderen Verfahren zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials angewendet werden. Hier seien lediglich beispielhaft das Laserschmelzen, FLM (Aufbringen eines thermoplastischen Materials aus einer Düse), 3D-Drucken, Maskensinterverfahren und stereolithografische Verfahren genannt. Wenn es sich nicht um ein Lasersinter- bzw. Laserschmelzverfahren handelt, dann ist die Belichtungsvorrichtung 20 in Abhängigkeit vom Verfahren durch eine andere Eintragseinrichtung ersetzt, im Falle eiries 3D-Druckverfahrens durch eine Vorrichtung, welche einen oder mehrere Bindemittelstrahlen auf das Aufbaumaterial spritzt, im Falle eines Stereolithographiever- fahrens durch eine UV-Lichtquelle. In allen Fällen enthält die Eintragsvorrichtung irgendeine Art von Strahlenquelle, ausgehend von der mindestens ein auf das Aufbaumaterial treffender Strahl gerichtet wird. Dabei kann die vorliegende Erfindungsidee am Vorteilhaftesten in Zusammenhang mit einer generativen Schichtbauvorrichtung realisiert werden, bei der eine Eintragseinrichtung so eingerichtet ist, dass sie eine Mehrzahl von Strahlen bzw. Strahlbün- dein auf einen Bereich einer Aufbaumaterialschicht richten kann. Although a laser sintering or laser melting device has been described as an example of a generative layer construction device in FIG. 1, the invention is not based on laser sintering or laser melting restricted. It may also be used in conjunction with other methods of generatively producing a three-dimensional object by layering and selectively strengthening a building material. Here, by way of example only, laser melting, FLM (application of a thermoplastic material from a die), 3D printing, mask sintering and stereolithographic processes are mentioned. If it is not a laser sintering or laser melting process, then the exposure device 20 is replaced by another insertion device depending on the method, in the case of a 3D printing process by a device which injects one or more binder beams onto the building material a stereolithography process by a UV light source. In all cases, the entry device contains any type of radiation source from which at least one beam impinging on the construction material is directed. In this case, the present invention idea can be realized most advantageously in connection with a generative layer construction device in which an insertion device is set up so that it can direct a plurality of beams onto a region of a building material layer.
Auch wenn im weiteren Verlauf zur Beschreibung der Erfindung auf eine Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung Bezug genommen wird, so geschieht dies nur beispielhaft und die Ausführungen gelten entsprechend auch für anders geartete generative Schichtbauvorrich- tungen, wie sie gerade skizziert wurden. Even if reference is made in the further course to the description of the invention to a laser sintering or laser melting device, this is done only as an example and the statements apply correspondingly also for other types of generative Schichtbauvorrich- lines, as just sketched.
Als Aufbaumaterial in einem generativen Schichtbauverfahren können verschiedene Materialien verwendet werden, vorzugsweise Pulver oder Pasten bzw. Gele, insbesondere Metallpulver, aber auch Kunststoffpulver, Keramikpulver oder Sand, wobei auch die Verwendung von gefüllten oder gemischten Pulvern möglich ist. Insbesondere in der Stereolithographie kommen (flüssige) Photopolymere zum Einsatz. As a building material in a generative layer construction method, various materials may be used, preferably powders or pastes or gels, in particular metal powder, but also plastic powder, ceramic powder or sand, whereby the use of filled or mixed powders is possible. Especially in stereolithography (liquid) photopolymers are used.
In der soeben beispielhaft beschriebenen generativen Schichtbauvorrichtung geht ein Herstellvorgang so vonstatten, dass die Steuereinheit 29 einen Steuerbefehlssatz abarbeitet, bei dem es sich um Anweisungen handelt, Schichten des Aufbaumaterials nacheinander aufzutra- gen und Bereiche der jeweiligen Schichten, die dem Querschnitt eines herzustellenden Objektes entsprechen, selektiv mit der Laserstrahlung zu bestrahlen, um das Aufbaumaterial zu verfestigen. In dem Steuerbefehlssatz sind also Informationen über die innerhalb einer Schicht zu verfestigenden Stellen sowie die Art der Zerlegung des herzustellenden Objektes in Schichten enthalten. In the generative layer construction device just described by way of example, a production process proceeds in such a way that the control unit 29 processes a control instruction set which is a statement of how to place layers of the construction material one after the other. and selectively irradiate portions of the respective layers corresponding to the cross section of an object to be manufactured with the laser radiation to solidify the building material. The control instruction set thus contains information about the points to be consolidated within a layer and the type of decomposition of the object to be produced into layers.
Im Detail basiert der Steuerbefehlssatz auf einem computerbasierten Modell des oder der herzustellenden Objekte, bevorzugt einem CAD-Volumenmodell. Des Weiteren fließen in den Steuerbefehlssatz auch herstellungsspezifische Informationen ein, beispielsweise die Lage und Orientierung der Objekte im Behälter 5 oder ein Strahldurchmesser beim Auftreffen eines Laserstrahls auf das Aufbaumaterial. Schließlich ist in dem Steuerbefehlssatz auch die Schichtinformation enthalten, d.h. in welcher Weise das oder die herzustellenden Objekte in Schichten unterteilt sind, die den Aufbaumaterialschichten während der schichtweisen generativen Herstellung entsprechen. Der Steuerbefehlssatz legt für jede Aufbaumaterialschicht während der Herstellung insbesondere die Dicke des Schichtauftrags und die Stellen, an denen durch Strahlungszufuhr eine Verfestigung des Aufbaumaterials bewirkt werden soll, fest. Der Steuerbefehlssatz kann somit als Gesamtheit aller für die Steuerung des Herstellungsvorgangs in einer generativen Schichtbauvorrichtung vorgegebenen Steuerdaten angesehen werden. Die auf eine einzelne Schicht bezogenen Steuerdaten werden dabei auch als Schicht- datensatz bezeichnet. Insbesondere enthält der Steuerbefehlssatz auch alle zur Steuerung derIn detail, the control command set is based on a computer-based model of the object (s) to be produced, preferably a CAD solid model. Furthermore, production-specific information also flows into the control instruction set, for example the position and orientation of the objects in the container 5 or a beam diameter when a laser beam strikes the building material. Finally, the control instruction set also contains the layer information, i. how the object (s) to be produced are subdivided into layers that correspond to the building material layers during the layered generative production. The control instruction set defines, in particular, the thickness of the layer application and the locations at which solidification of the building material is to be effected by irradiation for each building material layer during production. The control instruction set can thus be regarded as a totality of all control data predetermined for the control of the production process in a generative layer construction device. The control data related to a single layer are also referred to as a layer data set. In particular, the control instruction set also contains all for controlling the
Belichtungsvorrichtung erforderlichen Daten, wodurch u.a. die Energiedichte der von der Belichtungsvorrichtung emittierten Strahlung und gegebenenfalls die Verfahrgeschwindigkeit des Strahls über das Baufeld 8 festgelegt werden. Das erfindungsgemäße Vorgehen wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 5 beschrieben. Exposure device required data, whereby u.a. the energy density of the radiation emitted by the exposure device and, if appropriate, the travel speed of the jet can be defined via the construction field 8. The procedure according to the invention is described below by way of example with reference to FIGS. 2 to 5.
Wie in Figur 5 gezeigt, enthält eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine bestimmte generative Schichtbauvorrichtung eine Zugriffseinheit 101, eine Festlegungseinheit 102 und eine Bereitstellungseinheit 103. Die Funktionsweise der Vorrichtung 100 zur Generierung eines Steuerdatensatzes wird unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben. Figur 2 und 3 dienen dabei der weiteren Veranschaulichung. As shown in FIG. 5, an apparatus 100 according to the invention for generating a control data record for a specific generative layer building apparatus includes an access unit 101, a determination unit 102 and a provision unit 103 Apparatus 100 for generating a control data record will be described with reference to FIG. Figures 2 and 3 serve to further illustrate.
Hierbei zeigt Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teilbereich des Baufelds 8 einer generativen Schichtbauvorrichtung, in welchem die Arbeitsbereiche zweier Verfestigungsstrahlen bzw. Strahlbündel, d.h. die Orte im Baufeld, auf die die beiden Verfestigungsstrahlen bzw, Strahlbündel jeweils gerichtet werden können, dargestellt sind. Analog zu Figur 11 bezeichnen AI und A2 jene Bereiche, in denen lediglich der erste bzw. zweite Verfestigungsstrahl, z. B. ein Laserstrahl, bei der Verfestigung zum Einsatz gelangen kann. Der Bereich, innerhalb dessen beide Verfestigungsstrahlen gemeinsam zum Verfestigen verwendet werden können, ist mit B12 gekennzeichnet. Here, Fig. 2 shows a plan view of a partial area of the construction field 8 of a generative layer building apparatus in which the working areas of two solidifying beams or beam bundles, i. the locations in the construction field, to which the two solidification jets or, respectively, beam bundles can be directed, are shown. Analogous to FIG. 11, AI and A2 denote those regions in which only the first or second hardening beam, eg, the second or the second solidification jet, is formed. As a laser beam, can get used in the solidification. The area within which both solidification jets can be used together for solidification is marked B12.
In Fig. 2 ist beispielhaft ein parallelogrammförmiger Objektquerschnitt 55 eines herzustellenden Objekts dargestellt, der während des Herstellungsvorgangs in einer Schicht k des Aufbaumaterials zu verfestigen ist. Fig. 2 zeigt so gesehen eine Draufsicht auf die Schicht k des Aufbaumaterials. Insbesondere erkennt man einen Teilquerschnitt 31, der mittels des ersten Verfestigungsstrahls zu verfestigen ist, und einen Teilquerschnitt 32, der mittels des zweiten Verfestigungsstrahls zu verfestigen ist. Ein Grenzbereich 35 trennt dabei beide Teilquerschnitte voneinander. Im Grunde handelt es sich bei dem Grenzbereich 35 um eine Grenzlinie. Je nach verwendetem Aufbaumaterial und gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Objekts kann es aber angezeigt sein, die beiden Teilquerschnitte 31 und 32, dort wo sie aneinander grenzen, beim Verfestigen überlappen zu lassen oder aber einen Abstand zwischen beiden Teilquerschnitten zu lassen. Aus diesem Grunde wurde in der vorliegenden Anmeldung der Begriff "Grenzbereich" gewählt. Darüber hinaus kann bei genügend starker Vergrößerung jede reale Linie als Bereich angesehen werden. FIG. 2 shows, by way of example, a parallelogram-shaped object cross-section 55 of an object to be produced, which is to be solidified during the production process in a layer k of the building material. Fig. 2 shows as seen a plan view of the layer k of the building material. In particular, one recognizes a partial cross-section 31 which is to be solidified by means of the first solidification jet and a partial cross-section 32 which is to be solidified by means of the second solidification jet. A boundary region 35 separates both partial cross sections from one another. Basically, the border area 35 is a borderline. Depending on the construction material used and the desired properties of the object to be produced, however, it may be appropriate to have the two partial cross sections 31 and 32, where they adjoin one another, overlap during solidification or to leave a gap between the two partial cross sections. For this reason, in the present application, the term "boundary area" was chosen. In addition, at sufficiently high magnification, any real line can be considered an area.
In einer in Fig. 5 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen computergestützten Verfahrens in einem ersten Schritt von einer Zugriffsein- heit 101 auf mindestens zwei Schichtdatensätze des herzustellenden Objekts zugegriffen. In dem in Fig. 4 gezeigten Verfahrensablauf ist dies der Schritt Sl. In a device 100 according to the invention for generating a control data set for a generative layer building apparatus shown in FIG. 5, in order to carry out the computer-assisted method according to the invention in a first step, an access unit is used. unit 101 is accessed at least two shift records of the object to be manufactured. In the process sequence shown in FIG. 4, this is step S1.
Mit dem Begriff Zugreifen ist dabei gemeint, dass die Zugriffseinheit einen Schichtdatensatz aus einem Speicher ausliest oder aber die dem Schichtdatensatz entsprechenden Daten über ein Netzwerk entgegennimmt. Dabei müssen die beiden Schichtdatensätze nicht zwangsläufig gemeinsam (also gleichzeitig) eingelesen werden. Es ist auch möglich, dass es einen größeren zeitlichen Abstand zwischen den Zugriffsvorgängen auf die beiden Schichtdatensätze gibt, beispielsweise einer der beiden Schichtdatensätze zu einem früheren Zeitpunkt eingelesen wurde. Ebenso kann die Zugriffseinheit auch auf einen Speicher in der Vorrichtung 100 zugreifen, in dem die Schichtdatensätze vorliegen. The term access means that the access unit reads out a shift data record from a memory or else accepts the data corresponding to the shift data record via a network. The two shift records do not necessarily have to be read together (ie simultaneously). It is also possible that there is a greater time interval between the access operations on the two shift records, for example, one of the two shift records was read in at an earlier time. Likewise, the access unit can also access a memory in the device 100 in which the layer data sets are present.
Ein Schichtdatensatz muss zunächst für die zugehörige Aufbaumaterialschicht nur Informationen darüber enthalten, an welchen Stellen der Aufbaumaterialschicht während der Herstellung des Objekts eine Verfestigung des Aufbaumaterials durch Richten von Strahlbündeln auf die Aufbaumaterialschicht bewirkt werden soll. Es können natürlich auch bereits weitere Prozessinformationen (z. B. Schichtdicke oder Strahldurchmesser, etc.) enthalten sein. Insbesondere kann in dem Schichtdatensatz auch bereits spezifiziert sein, mittels welches Strahlbündels das Aufbaumaterial an einer Stelle zu verfestigen ist. Sollte die letztere Information noch nicht im Schichtdatensatz vorliegen, so legt die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 fest, mit welchem Strahlbündel das Aufbaumaterial an einer Stelle der Aufbaumaterialschicht zu verfestigen ist. At first, a layer data set only has to contain information for the associated building material layer at which points of the building material layer during the production of the object a solidification of the building material is to be effected by directing beam bundles onto the building material layer. Of course, other process information (eg layer thickness or beam diameter, etc.) may already be included. In particular, it may already be specified in the layer data record by means of which beam the building material is to be solidified at one point. If the latter information is not yet present in the layer data set, then the device 100 according to the invention determines with which beam the material to be consolidated is to be solidified at one point of the building material layer.
In einem in Fig. 4 gezeigten Schritt S2 wird durch die Festlegungseinheit 102 ein Schichtdatensatz dergestalt abgeändert, dass ein Objektquerschnitt in mehrere aneinandergrenzende Teilquerschnitte zerlegt wird, wobei die Zerlegung dergestalt ist, dass alle Stellen innerhalb eines Teilquerschnitts mit demselben Strahlbündel zu verfestigen sind. Des Weiteren legt die Festlegungseinheit 102 die Teilquerschnitte dergestalt fest, dass die Lage und/oder Gestalt der Grenzbereiche (in Fig. 2 ist beispielhaft lediglich ein Grenzbereich 35 gezeigt) in unmittelbar übereinanderliegenden Schichten unterschiedlich zueinander sind. Dies wird aus einem Vergleich der Figuren 2 und 3 deutlich: In a step S2 shown in FIG. 4, the definition unit 102 modifies a layer data record in such a way that an object cross-section is divided into a plurality of adjoining partial cross-sections, wherein the decomposition is such that all locations within a partial cross-section are to be solidified with the same beam. Furthermore, the fixing unit 102 determines the partial cross-sections in such a way that the position and / or shape of the boundary regions (in FIG. 2 by way of example only a boundary region 35 is shown) in directly superimposed layers are different from each other. This becomes clear from a comparison of FIGS. 2 and 3:
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den gleichen Teilbereich des Baufelds wie Fig. 2. Figur 3 zeigt einen Objektquerschnitt 65 eines herzustellenden Objekts, der in der Schicht k+1 des Aufbaumaterials zu verfestigen ist, welche während des Herstellungsvorgangs unmittelbar der Schicht k von Fig. 2 folgt. Wiederum erkennt man zwei unterschiedlichen Strahlbündeln zugeordnete Teilquerschnitte 41 und 42, die durch einen Grenzbereich 45 voneinander getrennt sind. Insbesondere wird aus einem Vergleich von Fig. 2 und Fig. 3 deutlich, dass die Grenzbe- reiche 35 und 45 an unterschiedlichen Stellen innerhalb des Baufelds liegen und insbesondere sich an keiner Stelle überdecken. Dies liegt daran, dass zum Einen die Position (Lage) der Grenzbereiche innerhalb des Baufelds unterschiedlich ist und zum Anderen die Gestalt der Grenzbereiche unterschiedlich ist: Selbst wenn beide die gleiche Lage hätten, wäre eine vollständige Überdeckung nicht möglich. FIG. 3 shows a plan view of the same subregion of the construction field as FIG. 2. FIG. 3 shows an object cross-section 65 of an object to be produced which is to be solidified in the layer k + 1 of the building material, which during the manufacturing process is directly adjacent to the layer k of FIG 2 follows. Again, one recognizes two different beam bundles associated partial cross sections 41 and 42, which are separated by a boundary region 45. In particular, it becomes clear from a comparison of FIGS. 2 and 3 that the boundary regions 35 and 45 lie at different locations within the construction field and, in particular, do not overlap at any point. This is because, on the one hand, the position (location) of the border areas within the construction field is different and, on the other hand, the shape of the border areas is different: Even if both had the same position, complete coverage would not be possible.
In einem in Fig. 4 gezeigten Schritt S3 wird schließlich durch die Bereitstellungseinheit 103 der im Schritt S2 abgeänderte Schichtdatensatz einer generativen Schichtbauvorrichtung als Steuerdatensatzes bereitgestellt. Wie bereits weiter oben erwähnt, kann ein Steuerdatensatz als Teilmenge eines Steuerbefehlssatzes einer generativen Schichtbauvorrichtung angesehen werden. Natürlich kann ein von der Bereitstellungseinheit 103 bereitgestellter Steuerdatensatz auch durch die Bereitstellungseinheit 103 selbst in einen Steuerbefehlssatz integriert werden. Bereitstellen umfasst abgesehen davon auch ein Weiterleiten des Steuerdatensatzes an eine Datenverarbeitungsvorrichtung, welche den Steuerdatensatz in einen Steuerbefehlssatz integriert, oder ein direktes Weiterleiten an eine generative Schichtbauvorrichtung. Ins- besondere ist es möglich, während eines Herstellvorgangs in der generativen Schichtbauvorrichtung dieser dynamisch Steuerdaten für noch herzustellende Objektquerschnitte zur Verfügung zu stellen. Finally, in a step S3 shown in FIG. 4, the delivery unit 103 provides the shift data record of a generative layer building apparatus modified as a control data record in step S2. As already mentioned above, a control data record can be regarded as a subset of a control command set of a generative layer building apparatus. Of course, a control record provided by the provisioning unit 103 may also be integrated by the provisioning unit 103 itself into a control instruction set. Apart from this, provisioning also includes forwarding the control data record to a data processing device which integrates the control data record into a control command record, or a direct forwarding to a generative layering device. In particular, it is possible to dynamically provide control data for object cross sections still to be produced during a production process in the generative layer construction device.
Weiterhin müssen erfindungsgemäß abgeänderte Schichtdatensätze nicht einzeln für einen generativen Schichtbauvorgang bereitgestellt werden. Vielmehr können auch mehrere abge- änderte Schichtdatensätze zunächst gesammelt und anschließend in ihrer Gesamtheit als Steuerdatensatz bereitgestellt werden. Furthermore, modified layer data sets according to the invention need not be provided individually for a generative layer construction process. Rather, several Modified shift records first collected and then be provided in their entirety as a control record.
Für die Art und Weise der Variation von Lage und/oder Gestalt der Grenzbereiche in überei- nanderliegenden Schichten hat man viele Möglichkeiten um die angestrebten Vorteile, insbesondere gute mechanische Parameter im Objekt oder gleichmäßige Oberflächen, zu erzielen. Je nach verwendetem Aufbaumaterial und Randbedingungen bei der Verfestigung bzw. Gestalt des herzustellenden Objekts, Lage des Objekts im Bauraum, etc. kann man sogar eine teilweise Überdeckung von Grenzbereichen zulassen. For the manner of varying the position and / or shape of the boundary regions in superimposed layers, there are many possibilities for achieving the desired advantages, in particular good mechanical parameters in the object or uniform surfaces. Depending on the used building material and boundary conditions in the solidification or shape of the object to be produced, position of the object in the space, etc., you can even allow a partial coverage of border areas.
Ebenso kann man eine Überdeckung durch einen Grenzbereich in der n-ten Schicht nach der aktuellen Schicht zulassen. Mit n =2 würde also eine Überdeckung in der übernächsten Schicht zugelassen. Natürlich kann man auch höhere Werte für n spezifizieren, beispielsweise n=3, n=5 oder n=17 oder n=101. Bevorzugt wird dabei eine Primzahl als Wert für n gewählt. Likewise, one can allow coverage by a boundary in the nth layer after the current layer. With n = 2, an overlap in the next but one layer would be allowed. Of course one can also specify higher values for n, for example n = 3, n = 5 or n = 17 or n = 101. Preferably, a prime number is chosen as the value for n.
Im Hinblick auf eine gute mechanische Stabilität der hergestellten Objekte kann es sogar von Vorteil sein, wenn sich die Lage und/oder Gestalt eines Grenzbereichs nach spätestens m Schichten wiederholt (m > n). Insbesondere eine regelmäßige (periodische) Wiederholung kann hier von Vorteil sein. Solch ein Vorgehen soll anhand der Figuren 7 und 8 veranschau- licht werden: With regard to a good mechanical stability of the manufactured objects, it may even be advantageous if the position and / or shape of a boundary region repeats after at least m layers (m> n). In particular, a regular (periodic) repetition can be of advantage here. Such a procedure is to be illustrated with reference to FIGS. 7 and 8:
Fig. 7 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen Schichtstapel bei der Herstellung eines Objekts. Die gezeigten horizontalen Linien sollen dabei jeweils eine Schicht in dem Datenmodell repräsentieren, die einer Aufbaumaterialschicht bei der Herstellung des Objekts ent- spricht. Schichtdicken sind in dem Schema (ebenso wie in Fig. 8) vernachlässigt. Der Einfachheit halber wird ferner angenommen dass in dem in Fig. 7 gezeigten Ausschnitt des Fig. 7 shows a schematic section through a layer stack in the manufacture of an object. The horizontal lines shown here are each intended to represent a layer in the data model that corresponds to a building material layer during the production of the object. Layer thicknesses are neglected in the scheme (as well as in Fig. 8). For the sake of simplicity, it is further assumed that in the section of FIG
Schichtstapels die Objektquerschnitte jeweils die gesamte Breite des Ausschnitts einnehmen und jeweils in Teilquerschnitte 701 und 702 aufgeteilt sind. Referenznummern sind der Einfachheit halber nur den obersten drei Schichten in Fig. 7 zugewiesen). Man erkennt in dem Schnitt in jeder Schicht einen Grenzbereich 705 (die Referenznummer ist wiederum nur für zwei Schichten gezeigt), der nach fünf Schichten wieder die gleiche Lage einnimmt. Obwohl sich die Grenzbereiche in unmittelbar übereinanderliegenden Schichten an keiner Stelle überdecken, verteilen sich die Grenzbereiche in der Schichtebene (also horizontal in der Figur 7) lediglich über ein Gebiet begrenzter Ausdehnung. Je nach Anwendungsfall kann es sich an- bieten, die Ausdehnung des Gebiets innerhalb des Baufelds zu begrenzen, z. B. auf eine Breite von 500 μιη oder 200 μιη oder aber 100 μηι. Ebenfalls ist es möglich, Mindestwerte für die Verschiebung der Lage des Grenzbereichs von Schicht zu Schicht vorzugeben, z. B. 5 μητι, 20 μηι oder aber gar 50 μηη. Fig. 9 zeigt hier, wie der gegenseitige Abstand d zweier Grenzbereiche in übereinanderliegenden Schichten bestimmt werden kann. Layer stack, the object cross-sections each occupy the entire width of the section and are divided into partial cross-sections 701 and 702, respectively. Reference numerals are assigned for convenience only to the top three layers in FIG. 7). One recognizes in the cut in each layer a border area 705 (the reference number is again only for two layers shown), which assumes the same position again after five layers. Although the boundary areas do not overlap in directly superimposed layers at any point, the boundary areas in the layer plane (ie horizontally in FIG. 7) are distributed over only an area of limited extent. Depending on the application, it may be appropriate to limit the extent of the area within the construction field, eg. B. to a width of 500 μιη or 200 μιη or 100 μηι. It is also possible to specify minimum values for the shift of the position of the boundary region from layer to layer, for. B. 5 μητι, 20 μηι or even 50 μηη. 9 shows how the mutual distance d of two boundary regions in superimposed layers can be determined.
Bei Betrachtung der Figur 7 erkennt man ebenfalls, dass sich die horizontalen Lagen des Grenzbereichs in den Schichten mittels einer periodischen Funktion in Abhängigkeit von der Schichtnummer beschreiben lassen (unter der Annahme, dass im Herstellvorgang später zu verfestigenden Schichten höhere Schichtnummern zugeordnet sind als im Herstellvorgang früher zu verfestigenden Schichten). Im Beispiel der Figur 7 könnte man die Veränderung der Lagen der Grenzbereiche in Aufbaurichtung (also von Schicht zu Schicht) durch eine Sägezahnfunktion approximieren. 7, it can also be seen that the horizontal layers of the boundary region in the layers can be described by means of a periodic function as a function of the layer number (assuming that higher layer numbers are assigned later in the manufacturing process to layers to be consolidated than earlier in the production process to be consolidated layers). In the example of FIG. 7, one could approximate the change in the positions of the boundary regions in the direction of construction (ie from layer to layer) by means of a sawtooth function.
Figur 8 zeigt ein ähnliches Beispiel mit Teilquerschnitten 801 und 802 und Grenzbereichen 805, welche in jeder zweiten Schicht die gleiche Lage innerhalb der Schichtebene einnehmen. Wiederum lassen sich die Lageorte durch eine Sägezahnfunktion approximieren. Insbesondere veranschaulicht Fig. 8, wie durch die periodische Änderung der Lage der Grenzbereiche eine Verzahnung von Teilquerschnitten stattfindet, indem z. B. ein Teilquerschnitt 802 dort, wo er sich an den Grenzbereich 805 anschließt, in den Schichten unmittelbar ober- und un- terhalb von Teilquerschnitten 801 flankiert ist, FIG. 8 shows a similar example with partial cross-sections 801 and 802 and boundary regions 805, which assume the same position within the layer plane in every other layer. Again, the locations can be approximated by a sawtooth function. In particular, Fig. 8 illustrates how by the periodic change in the position of the boundary regions, a toothing of partial cross sections takes place by z. B. a partial cross section 802 where it adjoins the boundary region 805, is flanked in the layers immediately above and below partial cross sections 801,
In gleicher Weise könnte man die Lagen und/oder Gestalten der Grenzbereiche in den einzelnen Schichten auch so abändern, dass sie sich nur durch kompliziertere Funktionen approximieren lassen. Beispielsweise könnte einer einfachen periodischen Funktion, wie einer Recht- eck-, Sägezahn- oder Sinusfunktion, eine weitere periodische Funktion mit kleinerer Amplitude überlagert sein (ähnlich einer Oberwelle). In the same way, one could modify the positions and / or shapes of the boundary regions in the individual layers so that they can only be approximated by more complicated functions. For example, a simple periodic function, such as a legal corner, sawtooth or sine function, another periodic function superimposed on a smaller amplitude (similar to a harmonic wave).
Für eine besonders gründliche Variation der Lagen und/oder Gestalten der Grenzbereiche bietet es sich an, ein Zufallselement einzuführen, beispielsweise indem die Lageorte in Fig. 7 oder 8 in zufälliger Weise in geringem Maße verschoben werden, die approximierte Sägezahnfunktion also sozusagen "verrauscht" wird. Alternativ kann man die Lagen und/oder Gestalten der Grenzbereiche in den Schichten allein durch eine Zufallsfunktion vorgeben. For a particularly thorough variation of the positions and / or shapes of the boundary regions, it is advisable to introduce a random element, for example by slightly shifting the locations in FIG. 7 or 8 in a slight manner, so that the approximated sawtooth function is "noisy" as it were , Alternatively, one can specify the layers and / or shapes of the boundary regions in the layers solely by a random function.
Auch wenn bislang in den Figuren in erster Linie Variationen der Lagen der Grenzbereiche in der Schichtebene gezeigt wurden, heißt dies nicht, dass die Gestalten der Grenzbereiche nicht ebenfalls in der beschriebenen Weise variiert werden können. Fig. 6 zeigt beispielsweise eine im Vergleich zu Fig. 2 und Fig. 3 alternative Gestalt des Grenzbereichs. Man erkennt in Fig. 6 das Fehlen von "Ecken" in der Gestalt des Grenzbereichs. Die Gestalt des Grenzbereichs in Fig. 2 und 3 trägt demgegenüber dem Umstand Rechnung, dass zu verfestigende Bereiche in einer Schicht üblicherweise streifenweise mit einem Strahl abgetastet werden. Dies bedeutet, innerhalb eines rechteckigen oder quadratischen Bereichs (einem Streifen) fährt der Verfestigungsstrahl in zueinander parallelen Spuren über das Aufbaumaterial. Der eckige Verlauf des jeweiligen Grenzbereichs in den Figuren 2 und 3 resultiert daher, dass die Teilquerschnitte so gewählt wurden, dass beim Grenzbereich zu verfestigende Streifen in den jeweiligen Teilquerschnitten aneinander grenzen. Man erkennt in Fig. 2 und 3, dass der Grenzbereich in Figur 2 dadurch in seiner Lage und Gestalt abgeändert wurde, dass gerade Abschnitte der linienför- migen Gestalt des Grenzbereichs in der Schichtebene parallel verschoben wurden. Bei einer Variation der Lage der Grenzbereiche ist es ebenfalls möglich, die Lage eines Grenzbereichs in einer nachfolgenden Schicht dadurch zu gewinnen, dass die Lage des Grenzbereichs in der darunterliegenden Schicht um eine auf den Schichten senkrecht stehende Drehachse verdreht wird. Fig. 10 veranschaulicht eine Variante des erfindungsgemäßen Vorgehens, bei der dieses auch auf Grenzbereiche angewendet wird, die in der Kontur eines Objektquerschnitts liegen und dort zwei Abschnitte des Konturbereichs gegeneinander abgrenzen, die durch unterschiedliche Verfestigungsstrahlbündel verfestigt werden. Entsprechend erkennt man in Fig. 10 einen Objektquerschnitt 95, dessen Konturbereich (Rand) zwei Abschnitte 91 und 92 aufweist, die mittels unterschiedlicher Verfestigungsstrahlen bzw. Verfestigungsstrahlbündel verfestigt werden. Although hitherto in the figures, variations of the positions of the boundary regions in the layer plane have been shown primarily, this does not mean that the shapes of the boundary regions can not also be varied in the manner described. For example, FIG. 6 shows an alternative shape of the boundary region compared to FIGS. 2 and 3. It can be seen in Fig. 6, the absence of "corners" in the shape of the boundary region. In contrast, the shape of the boundary region in FIGS. 2 and 3 takes account of the fact that regions to be solidified in a layer are usually scanned strip-wise with a beam. That is, within a rectangular or square area (a stripe), the hardening beam travels in parallel tracks over the building material. The angular course of the respective boundary region in FIGS. 2 and 3 results from the fact that the partial cross-sections have been selected such that strips bordering on the boundary region adjoin one another in the respective partial cross-sections. It can be seen in FIGS. 2 and 3 that the boundary region in FIG. 2 has been modified in its position and shape such that straight sections of the linear shape of the boundary region have been displaced in parallel in the layer plane. In the case of a variation of the position of the boundary regions, it is likewise possible to obtain the position of a boundary region in a subsequent layer by twisting the position of the boundary region in the underlying layer about an axis of rotation perpendicular to the layers. 10 illustrates a variant of the procedure according to the invention in which this method is also applied to boundary regions which lie in the contour of an object cross section and delimit therefrom two sections of the contour region which are solidified by different hardening beam bundles. Correspondingly, in FIG. 10, an object cross-section 95 can be seen, whose contour region (edge) has two sections 91 and 92 which are solidified by means of different hardening beams or hardening beam bundles.
Üblicherweise wird ein Konturbereich so verfestigt, dass der verwendete Verfestigungsstrahl, der dort wo er auf das Aufbaumaterial trifft, einen bestimmten Durchmesser aufweist, die Kontur abfährt. Daher ist es zulässig, Abschnitte der Kontur eines Objektquerschnitts als zweidimensionale Bereiche zu bezeichnen. Entsprechendes gilt für die Stelle, an der zwei Abschnitte des Konturbereichs aneinandergrenzen. Wie im Innern eines Objektquerschnitts, wo zwei Teilquerschnitte aneinandergrenzen, gilt auch im Konturbereich, dass zwei Abschnitte in der Regel nicht exakt aneinandergrenzen werden, sondern es an der Grenze einen geringfügigen Spalt oder eine geringfügige Überlappung geben wird. Daher werden auch die beiden Grenzstellen 9192 und 9291 in Figur 10 als Grenzbereiche bezeichnet. Zur Differenzierung der beiden Grenzbereiche voneinander sind mittels Pfeilen die Richtungen angegeben, in denen die Verfestigungsstrahlen ausgehend von den Grenzbereichen bewegt werden. Der Grenzbe- reich 9192 ist also jener, von dem ausgehend der Teilquerschnitt (Konturabschnitt) 92 verfestigt wird und der Grenzbereich 9291 ist jener, von dem ausgehend der Teilquerschnitt (Konturabschnitt) 91 verfestigt wird. Usually, a contour region is solidified in such a way that the hardening beam used, which has a certain diameter where it encounters the building material, moves away from the contour. Therefore, it is permissible to designate sections of the contour of an object cross section as two-dimensional areas. The same applies to the point at which two sections of the contour area adjoin one another. As in the interior of an object cross-section, where two partial cross-sections adjoin one another, it is also true in the contour region that two sections will generally not exactly adjoin one another but there will be a slight gap or slight overlap at the boundary. Therefore, the two boundary points 9192 and 9291 in Figure 10 are referred to as boundary regions. To differentiate the two boundary regions from one another, arrows indicate the directions in which the solidification rays are moved starting from the boundary regions. The boundary area 9192 is thus that from which the partial cross section (contour section) 92 is solidified, and the boundary area 9291 is that from which the partial cross section (contour section) 91 is solidified.
Auch im Konturbereich wird erfindungsgemäß die Lage des Grenzbereichs von Schicht zu Schicht in gleicher Weise variiert, wie es oben für im Inneren eines Objektquerschnitts liegende Grenzbereiche beschrieben wurde. Also in the contour region, the position of the boundary region is varied according to the invention from layer to layer in the same way as has been described above for boundary regions lying in the interior of an object cross-section.
Eine Veränderung der Lage eines Grenzbereichs in der Kontur ist insbesondere für Oberflächenbereiche sinnvoll, die optisch gut wahrnehmbar sind bzw. möglichst gleichmäßig gestal- tet werden müssen. In unzugänglichen Oberflächenbereichen können demgegenüber eventu- eil Wülste oder Eindellungen an der Objektoberfläche tolerierbar sein. Entsprechend bietet es sich an, erfindungsgemäß unterschiedlich in unterschiedlichen Teilabschnitten des herzustellenden Objekts vorzugehen. Insbesondere können Lage und/oder Gestalt der Grenzbereiche in unterschiedlichen Teilabschnitten des Objekts nicht nur unterschiedlich variiert werden, sondern das erfindungsgemäße Vorgehen kann vielmehr generell nur auf einen oder mehrere im Vorhinein festgelegte Teilabschnitte des Objekts begrenzt werden. A change in the position of a boundary region in the contour is particularly useful for surface areas that are optically perceptible or have to be designed as uniformly as possible. In inaccessible surface areas, on the other hand, Soon beads or dents on the surface of the object can be tolerated. Accordingly, it makes sense to proceed according to the invention differently in different sections of the object to be produced. In particular, the position and / or shape of the boundary regions in different subsections of the object can not only be varied differently, but rather the procedure according to the invention can generally be limited to only one or more subsections of the object determined in advance.
Abschließend sei noch erwähnt, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Generierung eines Steuerdatensatzes einer generativen Schichtbauvorrichtung nicht nur allein durch Softwarekomponenten, sondern auch allein durch Hardware-Komponenten oder Mischungen aus Hard- und Software realisiert sein kann. In der vorliegenden Anmeldung erwähnte Schnittstellen müssen insbesondere nicht zwangsläufig als Hardware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Softwaremodule realisiert sein, beispielsweise, wenn die darüber eingespeisten bzw. ausgegebenen Daten von bereits auf dem gleichen Gerät reali- sierten anderen Komponenten übernommen werden können oder an eine andere Komponente nur softwaremäßig übergeben werden müssen. Ebenso könnten die Schnittstellen aus Hardware- und Software-Komponenten bestehen, wie zum Beispiel einer Standard-Hardware- Schnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatzzweck speziell konfiguriert wird. Außerdem können mehrere Schnittstellen auch in einer gemeinsamen Schnittstelle, bei- spielsweise einer Input-Output-Schnittstelle, zusammengefasst sein. Finally, it should be mentioned that a device 100 according to the invention for generating a control data set of a generative layer construction device can be realized not only by software components but also solely by hardware components or mixtures of hardware and software. In particular, interfaces mentioned in the present application do not necessarily have to be designed as hardware components, but can also be implemented as software modules, for example if the data fed in or output via them can be taken over by other components already implemented on the same device or must be passed to another component only by software. Similarly, the interfaces could consist of hardware and software components, such as a standard hardware interface specifically configured by software for the specific application. In addition, several interfaces can also be combined in a common interface, for example an input-output interface.

Claims

Patentansprüche claims
1. Computergestütztes Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die Herstellung die Schritte aufweist: A computer-aided method for generating a control data set for a generative layer building apparatus for producing a three-dimensional object by means of the same, the production comprising the steps:
Aufbau des Objekts Schicht auf Schicht, und  Building the object layer by layer, and
gesteuertes Richten von Strahlung mindestens einer Strahlungsquelle (21) durch eine Eintragseinrichtung (20) auf einem Objektquerschnitt entsprechende Bereiche einer Schicht eines Aufbaumaterials (15),  controlled directing radiation of at least one radiation source (21) through regions of a layer of a building material (15) onto an object cross section through an insertion device (20)
wobei die Eintragseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Strahlbündeln (22) auf unterschiedliche Regionen einer aufgetragenen Schicht zu richten, wobei jedes der Strahlbündel (22) dort, wo es auf die Schicht auftrifft, auf das Aufbaumaterial (15) ein- wirkt, insbesondere so, dass dieses verfestigt wird,  wherein the insertion means (20) is adapted to direct a plurality of beams (22) to different regions of a deposited layer, each of the beams (22) being incident on the building material (15) where it impinges on the layer. works, in particular so that it is solidified,
wobei das Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes aufweist:  wherein the method for generating a control data record comprises:
einen ersten Schritt (Sl) des Zugriffs auf mindestens zwei Schichtdatensätze, die Datenmodelle einer entsprechenden Anzahl von während der Herstellung selektiv zu verfestigenden und unmittelbar übereinanderliegenden Aufbaumaterialschichten aufweisen, wobei in einem Datenmodell einem Objektquerschnitt entsprechende Stellen gekennzeichnet sind, an denen eine Verfestigung des Aufbaumaterials (15) stattfinden soll,  a first step (S1) of access to at least two layer data records which comprise data models of a corresponding number of build material layers to be selectively solidified during fabrication, wherein in a data model an object cross section is identified corresponding locations at which solidification of the build material (15 ) to be held,
wobei in einem Datenmodell gekennzeichnet ist, welches der Mehrzahl von Strahlbündeln (22) das Aufbaumaterial (15) an welchen der dem jeweiligen Objektquerschnitt entsprechenden Stellen verfestigen soll,  wherein it is characterized in a data model which of the plurality of beam bundles (22) is intended to consolidate the building material (15) at which of the locations corresponding to the respective object cross-section,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Schritt (S2) in einem Schichtdatensatz mehrere aneinandergrenzende Teilquerschnitte (31, 32, 41, 42), also zu verfestigende Teilregionen eines Objektquerschnitts, festgelegt werden, wobei für jeden der Teilquerschnitte (31, 32, 41, 42) festgelegt wird, mit welchem Strahlbündel (22) die Stellen in diesem Teilquerschnitt zu verfestigen sind, wobei die Teilquerschnitte (31, 32, 41, 42) so festgelegt werden, dass ein Grenzbereich (35, 45), also ein an der Grenze zwischen verschiedenen Teilquerschnitten (31, 32, 41, 42) liegender Bereich, in seiner Gestalt und/oder Lage in der Schichtebene gegenüber der Gestalt und/oder Lage eines Grenzbereichs (35, 45) in einem der unmittelbar vorangegangenen oder der unmittelbar darauffolgenden Schicht zugeordneten Schichtdatensatz unterschiedlich ist und characterized in that in a second step (S2) in a layer data set a plurality of adjacent partial cross sections (31, 32, 41, 42), ie to be solidified subregions of an object cross section are defined, wherein for each of the partial cross sections (31, 32, 41, 42 ) determines with which beam (22) the points in this partial cross-section are to be solidified, wherein the partial cross-sections (31, 32, 41, 42) are set such that a boundary region (35, 45), ie an area lying at the boundary between different partial cross-sections (31, 32, 41, 42), in its shape and / or or position in the layer plane is different from the shape and / or position of a boundary region (35, 45) in a layer data record assigned to the immediately preceding or immediately following layer, and
in einem dritten Schritt (S3) der im zweiten Schritt (S2) abgeänderte Schichtdatensatz als Steuerdatensatz für die generative Schichtbauvorrichtung bereitgestellt wird. 2. Computergestütztes Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Grenzbereiche (35, 45) in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Schichten einander nicht vollständig überdecken, bevorzugt zu 0% überdecken.  in a third step (S3), the modified shift data record in the second step (S2) is provided as a control data record for the generative layer building apparatus. 2. Computer-aided method according to claim 1, wherein the boundary regions (35, 45) in at least two successive layers do not completely cover each other, preferably to cover 0%.
3. Computergestütztes Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs (35, 45) in der Schichtebene so festgelegt werden, dass sie sich beim Herstellvorgang frühestens nach n Schichten, wobei n eine natürliche Zahl größer als Eins ist, wiederholen. 3. Computer-aided method according to one of the preceding claims, wherein the shape and / or position of the boundary region (35, 45) are set in the layer plane so that they are in the manufacturing process at the earliest n layers, where n is a natural number greater than one , to repeat.
4. Computergestütztes Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs (35, 45) in der Schichtebene so festgelegt werden, dass sie sich beim Herstellvorgang spätestens nach m Schichten, wobei m eine natürliche Zahl größer oder gleich n ist, wiederholen. 4. A computer-aided method according to claim 3, wherein the shape and / or position of the boundary region (35, 45) are determined in the layer plane so that they m in the manufacturing process after m layers, where m is a natural number greater than or equal to n to repeat.
5. Computergestütztes Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs (35, 45) in den Schichten sich in Aufbaurichtung gemäß einer ersten periodischen Funktion, insbesondere einer Sinusfunktion, Dreiecksfunktion oder Rechteckfunktion ändert/ändern. 5. Computer-aided method according to one of the preceding claims, wherein the shape and / or position of the boundary region (35, 45) changes in the layers in the construction direction according to a first periodic function, in particular a sine function, triangular function or rectangular function / change.
6. Computergestütztes Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs (35, 45) in den Schichten sich in Aufbaurichtung zusätzlich gemäß einer zwei- ten periodischen Funktion ändert/ändern, die der ersten periodischen Funktion überlagert ist und bevorzugt eine kürzere Periode als die erste periodische Funktion aufweist. 6. A computer-aided method according to claim 5, wherein the shape and / or position of the boundary region (35, 45) in the layers in the construction direction additionally according to a two- the periodic function is superimposed on the first periodic function and preferably has a shorter period than the first periodic function.
7. Computergestütztes Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Grenzbereich (9192, 9291) zwei Abschnitte (91, 92) eines Konturbereichs eines Objektquerschnitts gegeneinander abgrenzt. 7. Computer-aided method according to one of the preceding claims, wherein the boundary region (9192, 9291) delimits two sections (91, 92) of a contour region of an object cross-section against each other.
8. Computergestütztes Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in mindestens einer Schicht die Lage des Grenzbereichs (35, 45) im Vergleich zu einer anderen Schicht verdreht ist, bevorzugt um einen Winkel, der größer oder gleich 5° ist, weiter bevorzugt um einen Winkel, der größer oder gleich 10° ist, noch weiter bevorzugt um einen Winkel, der größer oder gleich 20° ist, sofern die Gestalt des Grenzbereichs in den beiden Schichten im Wesentlichen gleich ist. 9. Computergestütztes Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs (35, 45) in den Schichten sich in Aufbaurichtung gemäß einer Zufallsfunktion ändern. A computer-aided method according to any one of the preceding claims, wherein in at least one layer the position of the boundary region (35, 45) is twisted compared to another layer, preferably by an angle greater than or equal to 5 °, more preferably by one Angle greater than or equal to 10 °, even more preferably an angle greater than or equal to 20 °, provided that the shape of the boundary region in the two layers is substantially equal. 9. A computer-aided method according to any one of claims 1 to 4, wherein the shape and / or position of the boundary region (35, 45) in the layers change in the direction of construction according to a random function.
10. Computergestütztes Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei die Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs (35, 45) in den Schichten sich in Aufbaurichtung gemäß einer Funktion ändert, die sich aus einer Überlagerung der ersten und/oder zweiten periodischen Funktion mit einer Zufallsfunktion ergibt. 10. A computer-aided method according to any one of claims 5 to 6, wherein the shape and / or position of the boundary region (35, 45) in the layers changes in the direction of construction according to a function resulting from an overlay of the first and / or second periodic function with a random function.
11. Computergestütztes Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Änderung der Gestalt und/oder Lage des Grenzbereichs (35, 45) von Schicht zu Schicht abhängig davon erfolgt, ob sich der Grenzbereich in einem im Vorhinein festgelegten Teilabschnitt eines herzustellenden Objekts befindet. A computer-aided method according to any one of the preceding claims, wherein the change in shape and / or position of the boundary region (35, 45) from layer to layer is dependent on whether the boundary region is in a preestablished portion of an object to be fabricated.
12. Computergestütztes Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem im zweiten Schritt für zumindest einen Abschnitt zumindest eines Objektquerschnitts in Ab- hängigkeit von Vorgaben für eine Qualität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts festgelegt wird, mit welcher Anzahl von Strahlbündeln (22) das Aufbaumaterial innerhalb dieses Abschnitts zu verfestigen ist. 13. Generatives Schichtbauverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels einer generativen Schichtbauvorrichtung, wobei die Herstellung die Schritte aufweist: 12. Computer-aided method according to one of the preceding claims, wherein in the second step at least one section of at least one object cross-section in Ab- Depending on the quality of the section and / or the production time of the object, the number of beam bundles (22) required to consolidate the building material within this section is determined. 13. A generative layer construction method for producing a three-dimensional object by means of a generative layer construction apparatus, the production comprising the steps:
Aufbau des Objekts Schicht auf Schicht,  Structure of the object layer by layer,
gesteuertes Richten von Strahlung mindestens einer Strahlungsquelle (21) durch eine Eintragseinrichtung (20) auf einem Objektquerschnitt entsprechende Bereiche einer Schicht eines Aufbaumaterials (15),  controlled directing radiation of at least one radiation source (21) through regions of a layer of a building material (15) onto an object cross section through an insertion device (20)
wobei die Eintragseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Strahlbündeln (22) gleichzeitig auf unterschiedliche Regionen der aufgetragenen Schicht zu richten, wobei jedes der Strahlbündel dort, wo es auf die Schicht auftrifft, auf das Aufbaumaterial (15) einwirkt, insbesondere so, dass dieses verfestigt wird,  wherein the insertion means (20) is adapted to direct a plurality of beams (22) simultaneously to different regions of the deposited layer, each of the beams, where incident on the layer, acting on the building material (15), in particular so that this is solidified,
wobei das generative Schichtbauverfahren für die Herstellung einen durch ein Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes nach einem der vorangehenden Ansprüche generierten Steuerdatensatz verwendet.  wherein the generative layer manufacturing method for manufacturing uses a control data set generated by a method for generating a control data set according to any one of the preceding claims.
14. Vorrichtung zur computergestützten Generierung eines Steuerdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die Herstellung die Schritte aufweist: 14. An apparatus for computer-aided generation of a control data set for a generative layer building apparatus for producing a three-dimensional object by means of the same, the production comprising the steps:
Aufbau des Objekts Schicht auf Schicht,  Structure of the object layer by layer,
gesteuertes Richten von Strahlung mindestens einer Strahlungsquelle (21) durch eine Eintragseinrichtung (20) auf einem Objektquerschnitt entsprechende Bereiche einer Schicht eines Aufbaumaterials (15),  controlled directing radiation of at least one radiation source (21) through regions of a layer of a building material (15) onto an object cross section through an insertion device (20)
wobei die Eintragseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Strahlbündeln (22) gleichzeitig auf unterschiedliche Regionen der aufgetragenen Schicht zu richten, wobei jedes der Strahlbündel (22) dort, wo es auf die Schicht auftrifft, auf das Aufbaumaterial (15) einwirkt, insbesondere so, dass dieses verfestigt wird, wobei die Vorrichtung zur computergestützten Generierung eines Steuerdatensatzes aufweist: wherein the insertion means (20) is adapted to direct a plurality of beams (22) simultaneously to different regions of the applied layer, each of the beams (22) acting on the building material (15) where it impinges on the layer in particular so that it is solidified, wherein the apparatus for computer-aided generation of a control data record comprises:
eine Zugriffseinheit (101), die geeignet ist, auf mindestens zwei Schichtdatensätze zuzugreifen, die Datenmodelle einer entsprechenden Anzahl von während der Herstellung selektiv zu verfestigenden und unmittelbar übereinanderliegenden Aufbaumaterialschichten aufweisen,  an access unit (101) adapted to access at least two slice datasets having data models of a corresponding number of build material layers to be selectively solidified during fabrication and immediately overlaid,
wobei in einem Datenmodell gekennzeichnet ist, mittels welches Strahlbündels (22) das Aufbaumaterial an den dem jeweiligen Objektquerschnitt entsprechenden Stellen zu verfestigen ist,  wherein it is characterized in a data model, by means of which beam (22) the building material is to be solidified at the locations corresponding to the respective object cross-section,
gekennzeichnet durch eine Festlegungseinheit (102), die geeignet ist, in einem Schichtdatensatz mehrere aneinandergrenzende Teilquerschnitte (31, 32, 41, 42), also zu verfestigende Teilregionen eines Objektquerschnitts, festzulegen, wobei für jeden der Teilquerschnitte festgelegt wird, mit welchem Strahlbündel (22) die Stellen in diesem Teilquerschnitt zu verfestigen sind,  characterized by a determining unit (102) which is suitable for defining in a layer data set a plurality of adjoining partial cross sections (31, 32, 41, 42), ie subregions of an object cross section to be consolidated, it being determined for each of the partial cross sections with which beam bundle (22 ) to consolidate the points in this partial section,
wobei die Teilquerschnitte so festgelegt werden, dass ein Grenzbereich (35, 45), also ein an der Grenze zwischen verschiedenen Teilquerschnitten liegender Bereich, in seiner Gestalt und/oder Lage in der Schichtebene gegenüber der Gestalt und/oder Lage eines Grenzbereichs (35, 45) in einem der unmittelbar vorangegangenen oder der unmittelbar darauffolgenden Schicht zugeordneten Schichtdatensatz unterschiedlich ist, und  wherein the partial cross sections are determined so that a boundary region (35, 45), ie a region located at the boundary between different partial cross sections, in its shape and / or position in the layer plane with respect to the shape and / or position of a boundary region (35, 45 ) is different in one of the immediately preceding or the immediately following layer associated layer data set, and
eine Bereitstellungseinheit (103), die geeignet ist, den durch die Festlegungseinheit a provisioning unit (103) that is suitable by the fixing unit
(102) abgeänderten Schichtdatensatz als Steuerdatensatz für die generative Schichtbauvorrichtung bereitzustellen. (102) provide a modified layer data set as a control data set for the generative layer building apparatus.
15. Computerprogramm, umfassend Programmcodemittel, um alle Schritte eines Verfah- rens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Datenprozessor, insbesondere einem mit einer generativen Schichtbauvorrichtung zusammenwirkenden Datenprozessor, ausgeführt wird. 15. A computer program comprising program code means for carrying out all the steps of a method according to one of claims 1 to 13, when the computer program is executed on a data processor, in particular a data processor cooperating with a generative layer building apparatus.
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