WO2019091806A1 - Steuerbefehlssatz zur steuerung einer additiven herstellvorrichtung und eine derartige additive herstellvorrichtung - Google Patents

Steuerbefehlssatz zur steuerung einer additiven herstellvorrichtung und eine derartige additive herstellvorrichtung Download PDF

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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a control instruction set for controlling the production of a three-dimensional object by means of an additive manufacturing apparatus, as well as an additive manufacturing apparatus adapted thereto and a process monitoring apparatus for providing process information in an additive manufacturing apparatus.
  • Devices and methods of this kind are used, for example, in rapid prototyping, rapid tooling or additive manufacturing.
  • An example of such a method is known as "selective laser sintering or laser melting.”
  • selective laser sintering or laser melting In this case, a thin layer of a powdered building material is repeatedly applied and selectively solidified on aumaterial in each layer by selective irradiation of a cross section of the object to be produced corresponding points with a laser beam.
  • a control instruction set is generated, loaded into the device and made by executing the control commands in the device, a three-dimensional object.
  • the tax The instruction set contains the digital design data for the three-dimensional object to be produced; it is therefore based on the object geometry and specifies via appropriate control instructions how this is to be produced in layers.
  • the tax statement rate is usually generated outside the manufacturing device and then transmitted to this. In particular, when the record is transmitted from a client to an external pavers, but also with an internal disclosure in a company, it may be desirable for reasons of confidentiality, data 'tenkontrolle and data protection, restrict access to this record.
  • WO 2012/146943 A2 proposes a central communication network and a server by means of which data to be transmitted between the customer and the manufacturer is encrypted and the access to the data is controlled by passing on corresponding decryption codes.
  • the disadvantage here is that all data and the corresponding encryption and decryption codes are present at the central server, which thus offers a further point of attack for data espionage.
  • the control command data are sent to the manufacturer unencrypted to the manufacturing device, whereby they can also be easily tapped by unauthorized persons.
  • the object of the present invention is to provide an alternative control instruction set for controlling the production of a three-dimensional object by means of an additive manufacturing device or an alternative additive manufacturing device for producing a three-dimensional object by solidifying a shapeless object
  • the invention therefore aims to ensure secure data transmission from a client (also designer or designer, i.e. data generator) to the additive manufacturing device.
  • client also designer or designer, i.e. data generator
  • This complies with the requirements for data control, data protection, for example for personalized medical products, and secrecy, for example when building prototypes.
  • control instruction set according to claim 1 a method for generating a control instruction set according to claim 7, an additive manufacturing device according to claim 8, a manufacturing method according to claim 13 and a process monitoring device according to claim 15.
  • Further developments of the invention are defined in the subclaims specified. In this case, the methods can also be developed by the features of the devices embodied below or in the subclaims, or vice versa, or the features of a device and a method can also be used in each case for the development of another device or another method.
  • a control command set according to the invention for controlling the production of at least one three-dimensional object by means of an additive manufacturing device has encrypted object description data which describe a shape and / or size of a section of the at least one object to be produced and decrypted by the additive manufacturing device by means of a permanently stored in this key can be.
  • a permanently stored key here means a key which is not temporarily stored in the device, but is permanently assigned to the device, ie is part of the same.
  • the permanently deposited key is stored with installation of the device in this or subsequently installed, for example by a software or maintenance engineer, and is stored securely in the device. It is preferably changeable only with an administrator or special password for the machine, which, for example, only the device manufacturer (ie not necessarily the owner of the machine) has.
  • the additive manufacturing device can be, for example, an additive layer construction device in which the object to be produced is produced by applying a build-up material in layers and selectively solidifying at the points corresponding to the cross-section of the object in the respective layer.
  • the object description data can also describe the shape and / or size of the entire three-dimensional object and not just a section of the same.
  • control instruction set Since the key required for decrypting the control instruction set according to the invention is only stored in the production device, it is possible, for example, to provide a control instruction set which is well protected against unauthorized access.
  • the control command set producer ie the designer and / or design engineer who functions here as contracting party, knows the shape or size of the section of the object to be produced or of the entire object. For example, this information is generally not available to a manufacturer (operator of the additive manufacturing device) since it is only decrypted in the production device.
  • an end-to-end encryption (“open-to-end encryption"), for example openPGP, is used here, for example a private (secret) one.
  • the secret information of the control instruction set is encrypted by means of a corresponding public key transmitted by the production device (or a public key already present to the client).
  • the encrypted information can then be decrypted only by means of the private key stored in the manufacturer.
  • point-to-point encryption in which the data to be transmitted are encrypted only in the line sections between intermediate stations in a network and the intermediate stations are thus encrypted Have access to the data.
  • the public key may also be accessible only to a limited circle, i. that he does not have to be publicly in the interests of the general public.
  • control commands contained in the control command set may be securely transmitted from a control command generation unit (located at the client) via a network (e.g., a LAN or the Internet) to a layered device remote therefrom.
  • a control command generation unit located at the client
  • a network e.g., a LAN or the Internet
  • control command set additionally specifies, in addition to the obfuscation description data, encrypted control parameters of the additive manufacturing device that can be decrypted by the additive manufacturing device by means of a permanently stored key.
  • a control command set can be provided whose control parameters can also be decrypted only in the manufacturing device and thus well protected against unauthorized access.
  • the control parameters such as exposure strategies, laser parameters and / or heating / cooling parameters, for example a paver or operator of the production device can be kept secret.
  • the encrypted control parameters it is also possible, for example, to provide a complete set of control commands, by means of which the desired three-dimensional object can be produced by executing the control commands on a suitable production device.
  • even a special manufacturing process can be kept secret from the external paver, although the manufacturing process is performed at the external paver.
  • the client is capable of the additional control parameters concerning e.g. the orientation and placement of a component in the manufacturing device and possibly required support structures, e.g.
  • control instruction set further comprises unencrypted envelope description data which at least partially surrounds the shape and / or size of a portion of the object. specify the shell. More preferably, the unencrypted envelope description data specifies a wrapper substantially completely surrounding the portion of the object.
  • the unencrypted envelope description data can thus be read out by an operator of the manufacturing device, for example, and the manufacturing device can then be prepared by the operator for the construction order, although this does not protect the object to be manufactured or the section of the object whose data is only accessible to him in encrypted form knows .
  • the shell can also be built during the construction process of the three-dimensional object.
  • the paver for example, can not recognize or have access to the finished object or the section of the envelope enclosed therein.
  • the object can thus be transferred, for example, in the shell to the client and only be freed from this by the shell.
  • the distance of the envelope to the object section along a straight line through the object section is at most 20% of the length of the straight line section extending within the obtract section and / or a maximum of 20% of the length of the inside of the minimal envelope, preferably the minimal convex envelope Object portion extending straight line portion and / or the Hüllbepoursoire specify a shell that encloses a volume which is greater than the volume of the object portion therein and / or which is greater than 50% greater than the volume of the therein contained minimum shell, preferably the minimal convex hull, the obj ektabitess.
  • a minimal envelope is understood to mean the smallest possible envelope around the object or object segment, ie an envelope surface which is as little separated from the obj ect (section) itself or lies against the object as large as possible on the object exterior surface
  • a shell is referred to as convex if it also contains its connecting section with two points in each case
  • the distance between the shell and the object section or the minimal (convex) shell is preferably perpendicular to one another in layers parallel to one another or in planes Construction progress determined.
  • the distance of the shell to the object (section) or the volume of the shell is limited, it is for example possible to reduce the required amount of building material and thus to make the manufacturing process cost-effective and time-efficient when the shell with the object in the Manufacturing device is produced.
  • the operator of the production device can use the envelope data to estimate the position and / or position and / or the powder requirement of the object or object cross section to be produced as accurately as possible.
  • it may additionally be provided to provide the casing with at least one hole (which may already be provided in the control instruction set according to the invention).
  • Each such hole is preferably sized so that the build material can easily pass through it from within the sheath to the outside. On the other hand, it is also preferred to size each such hole so small that a human viewer can not see through it into the interior of the envelope to prevent unwanted gaze access.
  • a minimal convex hull for the object to be produced or the object section can be defined and the envelope data can be determined with reference thereto. In this way, for example, the description of the envelope data can be simplified and, when the envelope is built around the three-dimensional object (or object section), prevented, the shape of the envelope gives indications of secret geometric properties (eg surface structures) of the object (or object section) ,
  • control instruction set further comprises a building job counter specifying the maximum number of manufacturing operations of the object section specified by the object description data, wherein preferably the value of the construction job counter is encrypted such that it can be decrypted by the additive manufacturing device by means of a permanently stored in this key.
  • the construction order counter can, for example, also be located in a protected and non-manipulatable storage area of the production device.
  • the maximum number of manufacturing operations can be related to a manufacturing device, but it can also be the maximum number of total, to be performed in different manufacturing devices manufacturing operations.
  • An inventive method for generating a control instruction set. for an additive manufacturing device for producing at least one three-dimensional object by means of the same, has the following steps:
  • a public key generated by the production device can be used to encrypt the object description data, so that the object description data can only be decrypted again by means of the corresponding secret key that is stored in the production device.
  • the method further comprises the step of integrating encrypted control parameters of the additive manufacturing device into the control instruction set, wherein the encrypted control parameters are decryptable by the additive manufacturing device by means of a permanently stored in this key.
  • envelope description data is generated, which determines the shape and / or size of a
  • the unencrypted envelope descriptive data may alternatively also be stored in a second data record assigned to the control instruction set.
  • envelope description data can also be encrypted, for example, by means of a key which can be decrypted by the operator of the production apparatus.
  • the distance of the sheath to the object section along a straight line through the object section amounts to a maximum of 20% of the length of the straight line section running within the object section and / or a maximum of 20% of the length of the straight section running within the minimum sheath, preferably the minimum convex sheath, around the object section and / or the envelope description data specifies a wrapper that encloses a volume that is at most 50% greater than the volume of the object segment therein and / or that is at most 50% greater than the volume of the minimal wrapper therein, preferably the minimal convex hull, the obj ektabitess.
  • a construction job counter is integrated into the control instruction record specifying the maximum number of manufacturing operations of the object section specified by the object description data, wherein the value of the construction job counter is preferably encrypted in such a way that it is stored permanently by the additive manufacturing device Key can be decrypted.
  • An additive manufacturing device according to the invention is suitable for producing at least one three-dimensional object by solidifying a shapeless construction material.
  • the additive manufacturing device has a data receiving device to receive a control instruction set that specifies the production of the at least one object by means of the additive manufacturing device, and a decryption device that is capable of decrypting data in a control instruction set received from the data countermeasure device by means of a permanently stored in the additive manufacturing device key.
  • the additive production device can be, for example, an additive layer construction device, in particular a laser sintering or La-se-f-melting device.
  • a shapeless building material for example, a powder and / or a liquid building material can be used.
  • the manufacturing device according to the invention is thus suitable, for example, to receive a control command set described above, to decrypt it and to produce a specified three-dimensional object by executing the control commands contained therein. Since the control instruction set can only be decrypted by a suitable manufacturing device (for example, one in which the corresponding private key is stored), the production of an object can be prevented by executing the control instruction set on a nonautomated manufacturing device.
  • a key to be used by the decryption device for decrypting a control instruction set is stored in the additive manufacturing device such that it can only be modified using a special access code.
  • a special access code may be, for example, an administrator or special password. For example, this may only be available to an authorized person, such as the device manufacturer.
  • An additive manufacturing device according to the invention in particular the production device described above, is suitable for producing at least one three-dimensional object by solidifying a shapeless construction material, and comprises:
  • a process monitoring device which is suitable for providing process information, in particular optical information about the not yet finished at least one three-dimensional object, during the production process of the at least one three-dimensional object, and
  • a display device for displaying the optical information provided by the process monitoring device on a monitor
  • the additive manufacturing device and / or the process monitoring device is designed such that in the display of the optical information, only an envelope at least partially surrounding a section of the object, but not the object section itself, is displayed.
  • process data can be acquired and preferably also evaluated with the process monitoring device.
  • a process radiation for example an electromagnetic radiation, in particular also a thermal radiation or infrared radiation
  • the process monitoring device is designed such that it provides encrypted optical information that reflects a shape of the object section itself.
  • a method according to the invention serves for the additive production of at least one three-dimensional object by means of an additive manufacturing device.
  • the additive manufacturing device for producing the at least one three-dimensional object is driven by a control instruction set according to the invention.
  • a manufacturing method for example, it is possible to produce a three-dimensional object designed by a client in an additive manufacturing apparatus without the finisher (operator of the manufacturing apparatus) knowing the shape and / or size of the object (section) to be produced.
  • the control instruction set unencrypted or accessible to the operator information can be stored, this for job planning
  • a process monitoring device serves to provide process information, in particular optical information about the as yet unfinished at least one three-dimensional object, during the manufacturing process of the object by solidifying a shapeless build material in an additive manufacturing device.
  • the process monitoring device is designed so that the provided optical information is only in the form of a portion of the Object reflect at least partially surrounding envelope, but not reflect the shape of the object section itself.
  • optical information here is meant not only visible light.
  • process data such as, for example, process radiation, for example electromagnetic radiation, in particular also thermal radiation or infrared radiation, can be detected with the process monitoring device. This makes it possible, for example, to monitor the construction process and detect any irregularities that may occur. Due to the fact that only the envelope information is displayed by the display device in the additive manufacturing device, an operator of the production device can not draw any conclusions about the object cross-section surrounded by the envelope.
  • FIG. 1 is a schematic, partially sectional view of an apparatus for additively producing a three-dimensional object according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2a is a view of one shown by means of the one shown in FIG.
  • Fig. 2b shows a shell
  • Fig. 2c shows the object of Fig. 2a with the surrounding shell of Fig. 2b and
  • Fig. 2d shows a cross section along the dashed line in Fig. 2c line AA.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a control instruction set according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a schematic block diagram schematically illustrating a method of generating a map shown in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram schematically showing a method of manufacturing a three-dimensional object in a device shown in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram schematically showing a method of manufacturing a three-dimensional object in a device shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a laser sintering or laser melting apparatus 1.
  • a process chamber 3 For constructing an object 2, it contains a process chamber 3 with a chamber wall 4.
  • an upwardly open container 5 is arranged with a container wall 6. Through the upper opening of the
  • Container 5 is defined a working plane 7, wherein the lying within the opening region of the working plane 7, 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 construction pad 11, 12 is mounted, on which the object 2 is constructed.
  • 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 apparatus 1 further comprises a storage container 14 for an electromagnetic radiation solidifiable powdery building material 15 and a movable in a horizontal direction H coater 16 for applying the building material 15, such as a powder within the construction field 8.
  • the coater 16 extends transversely to its direction of movement over the entire area to be coated.
  • a radiant heater 17 is arranged in the process chamber 3, which serves to heat the applied buildup material 15.
  • radiant heater 17 for example, an infrared radiator can be provided.
  • the laser sintering device 1 further comprises 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 located at the top of the process chamber 3 in the chamber wall 4 is attached, is focused on the working plane 7.
  • the laser sintering device contains a sensor 30, which is suitable for detecting a process radiation 34 which is emitted when the laser beam 22 impinges on the building material 15 in the working plane 7.
  • the sensor 30 is connected to an (optional) process monitoring device 31.
  • the sensor 30 can be arranged in the process chamber 3 as shown in FIG. 1.
  • the sensor 30 can be embodied, for example, as an optical camera or as a photodiode for detecting one of the incident fields. fenden laser beam 22 emitted electromagnetic radiation, or as a temperature sensor for detecting an emitted thermal radiation. Furthermore, a plurality of sensors 30 may also be provided in the laser sintering apparatus 1 for detecting an optical and / or thermal process radiation 34.
  • the process monitoring device 31 is preferably designed to evaluate a signal detected by the sensor 30 and graphically display it on a monitor.
  • the monitor can also be provided on a separate display device, which is then in communication with the process monitoring device 31 and receives the evaluated signal from it.
  • the laser sintering device 1 includes a control unit 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner for carrying out the building process.
  • the control unit may include a CPU whose operation is controlled by a computer program (software).
  • the computer program can be separated from the device on one
  • Storage medium may be stored, from which it can be loaded into the device, in particular in the control unit.
  • the control unit 29 is controlled via a control instruction set, which i.a. a layer model of the object to be produced contains information about the cross-sectional areas of the object to be consolidated in the respective layers and data which define the precise parameters when solidifying the building material.
  • the control instruction set will be described in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the laser sintering or laser melting device 1 also contains a data receiving device 32 for the removal of receive a control command set generated outside the device 1 and a decryption device 33 for decrypting the data received from the data acceptor 32.
  • the data receiving device 32 can be, for example, a data interface (software or hardware interface) or a reading device for a storage medium. It can also contain a memory and / or a buffer for storing or
  • the decryption device 33 is additionally designed to generate a public key and to output it via an output interface, not shown, for encryption of data, wherein this encrypted data can only be decrypted again with the key permanently stored in the decryption device 33.
  • a separate key generation device (not shown) may be provided which generates a corresponding public key. The public key may already be present and does not have to be generated first in the device 1.
  • a device-internal, protected memory and / or buffer may be provided between the decryption device 33 and the control device for storing or temporarily storing the control commands decrypted by the decryption device.
  • Fig. 2a shows an example of a three-dimensional object 2 made in the device 1 from the building material.
  • the object 2 consists of a spherical head 2a, a spiral structure 2b and a pedestal 2c connected to each other via a bar 2d.
  • a sheath 9 is provided around the object 2, which is built with the object 2 around it in layers of the building material and shown in Fig. 2b.
  • FIG. 2c shows the envelope 9 (as a dashed line) with the object 2 enclosed therein, wherein the envelope is shown transparent only for better illustration.
  • the shell 9 encloses the object 2 preferably completely in all three spatial directions. However, not all outer surfaces of the object 2 must adjoin the shell 9. Rather, a gap between the shell and the object may be provided, which is filled with unverif remained building material.
  • the size and geometric shape of the shell 9 is thus adapted to an outer shape of the object 2, i.
  • the shell 9 has a spherical head portion 9a enclosing the spherical head 2a of the object 2, a cylinder 9b for enclosing the spiral structure 2b, and a socket 9c enclosing the pedestal 2c of the object 2.
  • the intermediate piece 9d between head 9a and cylinder 9b is adapted to the rod 2d.
  • the finished object 2 is not visible, but only the shell.
  • FIG. 2d shows a layer-parallel cross-section through the object 2 and the envelope 9 surrounding the object along the line AA shown in dashed lines in FIG. 2c.
  • a circular cross section having a radius L2 of a minimum convex hull 9b 1 around the helical object section 2b is shown.
  • the circular cross section of the Cylinder 9b of the shell 9 is a circle concentric with the cross section of the minimum convex hull 9b 'at a distance LI.
  • the minimum convex hull 9 ' will be described below with reference to FIG. 4.
  • FIG. 3 shows by way of example a control command record 40 according to the invention. It comprises an encrypted part 41 and an unencrypted part 42. Specifically, object description data 43 and control parameters 44 for the production device 1 are stored in the encrypted part 41.
  • the encrypted part 41 may still include building job counter data 45 specifying the maximum number of objects 2 to be manufactured.
  • the build job counter ie, an algorithm that counts the number of objects produced by executing the control set set
  • itself may also be implemented in the encrypted part 41 of the control command set 40 or alternatively in a protected memory area of the device 1.
  • the data stored in the unencrypted part 42 are thus metadata for the encrypted part 41 and serve the purpose of preparing the production device for the construction process. NEN, without knowing the control commands of the encrypted part 41.
  • step 50 three-dimensional object description data of the object 2 to be produced is generated.
  • a CAD program can be used.
  • These are then encrypted by means of a key assigned to the decryption unit 33 of the device 1, thus generating the encrypted object description data 43.
  • step 51 data of a minimum convex hull 9 'around the object 2 is calculated. This can also be done in sections, as shown in FIGS. 2a-2d.
  • a minimum con- vexe shell 9b 1 around it calculates, for example, the spiral object portion 2b (Fig. 2d). Since the position of the spiral-shaped object section 2b in the layer-parallel cross-sectional area changes along the height of the object (ie with changing distance of the section line AA to the pedestal 2c) within a circle of diameter L2 around the bar 2d, the minimum convex hull 9b 1 of the object section 2b a circular cylinder with diameter L2.
  • the minimum convex hulls of the object portions 2a, 2c and the rod-shaped connecting portion 2d are the outer surfaces of these object portions, respectively.
  • the entire minimal convex hull 9 'then results as a whole of the minimum convex hull sections.
  • step 52 shell description data 46 of the shell 9 around the object 2 is calculated based on the minimum convex hull 9 '.
  • the hull portion 9b is also a circular cylinder whose wall is spaced from the circular cylinder 9b' at a regular interval LI ( Figure 2d).
  • the distance LI of the portion 9b of the sheath to the portion 9b 'of the minimum convex hull is at most 20% of the diameter L2 of the minimum convex hull 9b' and / or the cylindrical sheath 9b includes a volume which is larger by at most 50% the volume of the cylindrical minimum convex hull 9b '.
  • cladding portions 9a, 9d and 9c are calculated around the corresponding object portions 2a, 2d and 2c based on the corresponding portions of the minimum convex hull 9 '.
  • the shell 9 around the object 2 then results as
  • the sheath portions 9a, 9c and 9d can also be directly calculated from the object portions 2a, 2c and 2d.
  • the distance of the shell to the object section along a straight line through the object section is also here is selected such that it amounts to a maximum of 20% of the length of the straight line section running within the object section.
  • the sheath 9 is chosen so that it encloses a volume which is larger by a maximum of 50% than the volume of the object located therein.
  • a desired position and / or position of the object to be manufactured and / or the shell is determined during its production in the container and / or support structure data for an additional structure supporting the object or the envelope region is determined.
  • the corresponding CAD data of the object and / or the envelope and / or the support structure may optionally be converted to another data format (e.g., STL).
  • the object and shell description data 43 and 46 are converted into layer data in a step 54, for example by means of suitable software.
  • layer data correspond to the cross-sectional areas to be consolidated in the respective layers.
  • control parameters for the production of the object 2 and the envelope 9 are generated in step 55, which describe, for example, exposure parameters and / or exposure patterns.
  • These are then encrypted by means of a key generated by the decryption unit 33 of the device 1, thus generating the encrypted control commands 44.
  • the control instruction set 40 is generated from the shift data taking into account the control commands 44.
  • an algorithm for a construction order counter or a construction order counter value can also be integrated into the control instruction set.
  • These worksheet counter data 45 are also transmitted by means of a processing unit 33 of the device 1 generated encrypted key.
  • the build job counter data may also be generated in an earlier step 50-54.
  • the object description data 43, control commands 44 and construction job counter data 45 can also be generated in unencrypted form in steps 50 and 55, and only when the finished control instruction set 40 is present does the data corresponding to the encrypted part 41 encrypt become.
  • step 60 the stamping agent designs a model of the object to be manufactured 2 and generates layer data of the object 2 and the shell 9 therefrom according to steps 50 to 54 of the method for generating a control instruction set described with reference to FIG.
  • the client selects a manufacturing device for the production of the object at a paver and leaves in step 61 from the paver a public
  • the public key can be generated, for example, by the decryption device 33 of the selected production device 1. It is generated in such a way that encrypted data can only be decrypted with the secret key stored in the selected production device 1. Alternatively, the public key may already be available to the client or the manufacturer, so that it does not first have to be transmitted or generated.
  • the paver optionally transmits machine parkings, which the customer requires to create control parameters (step 55 in FIG. 4). The customer then generates a control instruction set (step 55 in FIG. 4) and encrypts the part 41 of the control instruction set 40 to be encrypted with the transmitted public key.
  • This, partially encrypted, control instruction set 40 thus generated is then transmitted to the paver in step 62, for example via a network (eg a LAN or the Internet) or by means of a storage medium.
  • step 63 the operator of the device 1 reads out the unencrypted part 42 of the control instruction set 40 and prepares the device 1 for the manufacturing process based on the information contained therein.
  • the operator can in particular use information about the material to be used, the position and / or orientation of the object or shell to be produced, the size and / or shape of the sleeve, etc.
  • step 64 the control command set 40 or at least the encrypted part 41 thereof is now transmitted to the data receiving device 32 of the device 1.
  • 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 21st and / or the focusing device 24 for solidifying the respective layer at the locations corresponding to the respective object by means of the laser beam 22 in the construction field 8 driven and so the object 2 with the surrounding shell 9 in accordance with the object and envelope description data 43, 46 produced.
  • the sensor 30 detects a process radiation 34 emanating from the point of impact of the laser beam 22 and forwards a corresponding signal to the process monitoring device 31, which evaluates it and displays it graphically on the monitor.
  • the process monitoring device 31 evaluates it and displays it graphically on the monitor.
  • information concerning the envelope 9 is displayed on the monitor.
  • information concerning the object 2 may be blackened or otherwise rendered illegible in the display.
  • the information concerning the object 2 can be forwarded by the process monitoring device 31 to an internal, protected memory of the device 1 and stored there.
  • the envelope is removed together with the object from the device 1 and handed over to the client in step 65. This can now free the object from the shell and optionally undergo further postprocessing processes.
  • the data collected by the process monitoring device 31 and relating to the object and / or the envelope can be transmitted to the client, preferably in encrypted form, so that the client has information about the actual sequence of the production process.
  • step 50 the entire data of the three-dimensional object is encrypted.
  • a secret object portion for example, the spiral portion 2b in Fig. 2a-2d
  • the shell 9 can then be built around the entire object, or just around the object section to be kept secret.
  • the casing does not need to be built, it is also sufficient, for example, to calculate only the casing data and to make it available to the paver for planning the production process.
  • the data of the minimum convex hull can also be used.
  • the sheath or minimal convex hull can also be omitted entirely. This can be particularly advantageous when a secret structure of the object is located inside the object and so is not visible from the outside and / or if the shape of the object are not hidden, but only a protection of transmitted to the paver data is desired, eg if solidification parameters on which the production process is based are to be kept secret.
  • the present invention based on a Lasersinter point. Laser melting device has been described, it is not limited to the laser sintering or laser melting. It can be applied to any methods for additively producing a three-dimensional object by layering and selectively solidifying and / or selectively applying and solidifying a buildup material.
  • masking processes, stereolithography processes, inhibition and absorption sintering processes, as well as cladding or cladding may be mentioned here as examples.
  • the building material various kinds of powder may be used, in particular metal powder, plastic powder, ceramic powder, sand, filled or mixed powder. Instead of powder, other suitable materials may be used as building material.

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Abstract

Ein Steuerbefehlssatz (40) zur Steuerung der Herstellung mindestens eines dreidimensionalen Objekts (2) mittels einer additiven Herstellvorrichtung (1) weist verschlüsselte Objektbeschreibungsdaten (43) auf, die eine Gestalt und/oder Größe eines Abschnitts (2, 2a, 2b, 2c, 2d) des herzustellenden mindestens einen Objekts (2) beschreiben und von der additiven Herstellvorrichtung (1) mittels eines permanent in dieser hinterlegten Schlüssels entschlüsselt werden können.

Description

Steuerbefehlssatz zur Steuerung einer additiven Herstellvorrichtung und eine derartige additive Herstellvorrichtung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Steuerbefehlssatz zur Steuerung der Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels einer additiven Herstellvorrichtung, sowie eine daran angepasste additive Herstellvorrichtung und eine Prozess- Überwachungsvorrichtung zur Bereitstellung von Prozessinformationen in einer additiven Herstellvorrichtung.
Vorrichtungen und Verfahren dieser Art werden beispielsweise beim Rapid Prototyping, Rapid Tooling oder Additive Manufac- turing verwendet. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist unter dem Namen "Selektives Lasersintern oder Laserschmelzen" bekannt. Dabei wird wiederholt eine dünne Schicht eines pulver- förmigen Aufbaumaterials aufgebracht und das Auf aumaterial in jeder Schicht durch selektives Bestrahlen von einem Querschnitt des herzustellenden Objekts entsprechenden Stellen mit einem Laserstrahl selektiv verfestigt.
Hierzu wird ein Steuerbefehlssatz erzeugt, dieser in die Vorrichtung geladen und durch Ausführen der Steuerbefehle in der Vorrichtung ein dreidimensionales Objekt hergestellt. Der Steu- erbefehlssatz enthält die digitalen Konstruktionsdaten für das herzustellende dreidimensionale Objekt, er basiert also auf der Objektgeometrie und spezifiziert über entsprechende Steuerbefehle wie dieses schichtweise herzustellen ist. Der Steuerbe- fehlssatz wird in der Regel außerhalb der Herstellvorrichtung erzeugt und dann an diese übermittelt. Insbesondere wenn der Datensatz von einem Auftraggeber an einen externen Fertiger übermittelt wird, aber auch bei einer internen Weitergabe in einem Unternehmen, kann es aus Gründen der Geheimhaltung, Da-' tenkontrolle und des Datenschutzes erwünscht sein, den Zugriff auf diesen Datensatz einzuschränken.
WO 2012/146943 A2 schlägt hierzu ein zentrales Kommunikations - netzwerk und einen Server vor, mittels denen zwischen Auftrag- geber und Fertiger zu übermittelnde Daten verschlüsselt versendet werden und der Zugriff auf die Daten durch Weitergabe entsprechender Entschlüsselungscodes gesteuert wird. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass alle Daten und die entsprechenden Ver- und Entschlüsselungscodes an dem zentralen Server vorliegen, welcher somit einen weiteren Angriffspunkt für Datenspionage bietet. Zudem werden die Steuerbefehlsdaten beim Fertiger unverschlüsselt an die Herstellvorrichtung übermittelt, wodurch sie ebenfalls leicht durch Unbefugte abgegriffen werden können. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen alternativen bzw. verbesserten Steuerbefehlssatz zur Steuerung der Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels einer additiven Herstellvorrichtung bzw. eine alternative bzw. verbesserte additive Herstellvorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch Verfestigen eines formlosen
Aufbaumaterials bzw. eine alternative bzw. verbesserte Prozess- überwachungsvorrichtung zur Bereitstellung von Informationen in einer derartigen additiven Herstellvorrichtung bereitzustellen, mit denen insbesondere bevorzugt eine verbesserte Geheimhaltung von übermittelten Daten erzielt wird.
Prinzipiell zielt die Erfindung also darauf ab, eine sichere Datenübermittlung von einem Auftraggeber (auch Designer oder Konstrukteur, d.h. Datengenerierer) zu der additiven Herstellvorrichtung zu gewährleisten. Damit wird den Anforderungen an die Datenkontrolle, den Datenschutz, beispielsweise bei personalisierten Produkten im Medizinbereich, und an die Geheimhal- tung, beispielsweise beim Bau von Prototypen, nachgekommen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Steuerbefehlssatz gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Generierung eines Steuerbefehlssatzes gemäß Anspruch 7, eine additive Herstellvorrichtung ge- maß Anspruch 8, ein Herstellverfahren gemäß Anspruch 13 und eine Prozessüberwachungsvorrichtung gemäß Anspruch 15. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben. Dabei können die Verfahren auch durch die untenstehenden bzw. in den Unteransprüchen ausgeführten Merkmale der Vorrich- tungen weitergebildet sein oder umgekehrt, bzw. die Merkmale einer Vorrichtung und eines Verfahrens können auch jeweils zur Weiterbildung einer anderen Vorrichtung bzw. eines anderen Verfahrens genutzt werden. Ein erfindungsgemäßer Steuerbefehlssatz zur Steuerung der Herstellung mindestens eines dreidimensionalen Objekts mittels einer additiven Herstellvorrichtung weist verschlüsselte Objektbeschreibungsdaten auf, die eine Gestalt und/oder Größe eines Abschnitts des herzustellenden mindestens einen Objekts be- schreiben und von der additiven Herstellvorrichtung mittels eines permanent in dieser hinterlegten Schlüssels entschlüsselt werden können. Mit einem permanent hinterlegten Schlüssel ist hier ein Schlüssel gemeint, der nicht vorgangsweise in der Vorrichtung abgelegt wird, sondern der Vorrichtung fest zugeordnet, d.h. Bestandteil derselben ist. Der permanent hinterlegte Schlüssel wird mit Installation der Vorrichtung in dieser abgelegt oder nachträglich, beispielsweise von einem Software- bzw. Wartungsingenieur, installiert und ist in der Vorrichtung sicher gespeichert. Er ist bevorzugt lediglich mit einem Administratoroder Spezialpasswort für die Maschine änderbar, über welches beispielsweise ausschließlich der Vorrichtungshersteller (d.h. nicht zwangsweise der Besitzer der Maschine) verfügt.
Die additive Herstellvorrichtung kann beispielsweise eine additive Schichtbauvorrichtung sein, in der das herzustellende Ob- jekt durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und selektives Verfestigen an den dem Querschnitt des Objekts in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen hergestellt wird. Die Objektbeschreibungsdaten können dabei auch die Gestalt und/oder Größe des gesamten dreidimensionalen Objekts beschrei - ben und nicht lediglich einen Abschnitt desselben.
Da der zum Entschlüsseln des erfindungsgemäßen Steuerbefehlssatzes benötigte Schlüssel nur in der Herstellvorrichtung hinterlegt ist, ist es beispielsweise möglich, einen Steuerbe- fehlssatz bereitzustellen, der gegen einen unbefugten Zugriff gut geschützt ist. Dabei kennt nur der Steuerbefehlssatzerzeuger, d.h. der Designer und/oder Konstrukteur, der hier als Auftraggeber fungiert, die Gestalt bzw. Größe des Abschnitts des herzustellenden Objekts bzw. des gesamten Objekts. Einem Ferti- ger (Bediener der additiven Herstellvorrichtung) beispielsweise liegt diese Information in der Regel nicht vor, da sie erst in der Herstellvorrichtung entschlüsselt wird. Erfindungsgemäß kommt hier beispielsweise eine Ende -zu-Ende- Verschlüsselung („end-to-end encryption" ) , z.B. openPGP, zum Einsatz. Dabei ist beispielsweise ein privater (geheimer)
Schlüssel in der Herstellvorrichtung abgelegt. Beim Auftragge- ber werden mittels eines von der Herstellvorrichtung übermittelten (oder eines dem Auftraggeber bereits vorliegenden) zugehörigen öffentlichen Schlüssels die geheim zu haltenden Informationen des Steuerbefehlssatzes verschlüsselt. Die verschlüsselten Informationen können dann nur mittels des in der Her- Stellvorrichtung hinterlegten privaten Schlüssels wieder entschlüsselt werden. Dies steht im Gegensatz zu einer Leitungsoder Punkt- zu- Punkt-Verschlüsselung („point-to-point encrypti- on"), bei der die zu übermittelnden Daten nur in den Leitungsabschnitten zwischen Zwischenstationen in einem Netzwerk ver- schlüsselt vorliegen und die Zwischenstationen somit Zugriff auf die Daten haben.
Es sei bemerkt, dass der öffentliehe Schlüssel auch nur einem begrenzten Kreis zugänglich sein nvuss, d.h. dass er nicht öf- fentlich im Sinne einer breiten Öffentlichkeit sein muss .
Damit können beispielsweise die im Steuerbefehlssatz enthaltenen Steuerbefehle von einer Steuerbefehlgenerierungseinheit (die bei dem Auftraggeber lokalisiert ist) über ein Netzwerk (z.B. ein LAN oder das Internet) sicher zu einer davon räumlich entfernten Schichtbauvorrichtung übermittelt werden.
Vorzugsweise spezifiziert der Steuerbefehlssatz neben den Obektbeschreibungsdaten zusätzlich verschlüsselte Steuerparame - ter der additiven Herstellvorrichtung, die von der additiven Herstellvorrichtung mittels eines permanent in dieser hinterlegten Schlüssels entschlüsselbar sind. Damit kann beispielsweise ein Steuerbefehlssatz bereitgestellt werden, dessen Steuerparameter ebenfalls erst in der Herstellvorrichtung entschlüsselt werden können und somit gegen einen unbefugten Zugriff gut geschützt ist. So können die Steuerparameter, wie beispielsweise Belichtungsstrategien, Laserparameter und/oder Heiz - /Kühlparameter , beispielsweise einem Fertiger bzw. Bediener der Herstellvorrichtung gegenüber geheim gehalten werden. Mit den verschlüsselten Steuerparametern ist es zudem beispielsweise möglich, einen kompletten Steuerbefehlssatz bereitzustellen, mittels dem durch Ausführung der Steuerbefehle auf einer geeigneten Herstellvorrichtung das gewünschte dreidimensionale Objekt herstellbar ist. Somit kann auch ein spezieller Fertigungsprozess gegenüber dem externen Fertiger geheim gehalten werden, obwohl der Fertigungsprozess beim externen Fertiger abläuft.
Voraussetzung hierfür ist, dass der Auftraggeber dazu in der Lage ist die zusätzlichen Steuerparameter betreffend z.B. die Orientierung und Platzierung eines Bauteils in der Herstellvor- richtung und eventuell benötigte Stützstrukturen, z.B. die Erzeugung von entsprechenden Schichtdaten, also das sogenannte „slicing", und die Wahl geeigneter weiterer Prozessparameter wie z.B. Laserparameter für die Herstellung des Objekts in einer bestimmten additiven Herstellvorrichtung bereitzustellen. Dann ist es dem Auftraggeber möglich, die von ihm als notwendig erachtete Kontrolle über die Datensicherheit und/oder Verfahrensgleichheit, beispielsweise wenn identische Objekte bei verschiedenen Fertigern in Auftrag gegeben werden sollen, zu erlangen .
Vorzugsweise weist der Steuerbefehlssatz weiterhin unverschlüsselte Hüllbeschreibungsdaten auf, die die Gestalt und/oder Größe einer den Abschnitt des Objekts zumindest teilweise umgeben- den Hülle spezifizieren. Weiter bevorzugt spezifizieren die unverschlüsselten Hüllbeschreibungsdaten eine den Abschnitt des Objekts im Wesentlichen vollständig umschließende Hülle. Die unverschlüsselten Hüllbeschreibungsdaten können so beispielsweise von einem Bediener der Herstellvorrichtung ausgelesen werden und die Herstellvorrichtung kann dann von dem Bediener für den Bauauftrag vorbereitet werden, obwohl dieser das herzustellende Objekt bzw. den Abschnitt des Objekts, dessen Daten ihm nur in verschlüsselter Form zugänglich sind, nicht kennt .
Die Hülle kann während des Bauvorgangs des dreidimensionalen Objekts auch mitgebaut werden. Dadurch kann der Fertiger bei- spielsweise das fertige Objekt bzw. den von der Hülle umschlossenen Abschnitt desselben nicht erkennen bzw. hat keinen Zugriff darauf. Das Objekt kann somit beispielsweise in der Hülle an den Auftraggeber übergeben werden und erst von diesem von der Hülle befreit werden.
Vorzugsweise beträgt der Abstand der Hülle zum Objektabschnitt entlang einer Geraden durch den Objektabschnitt maximal 20% der Länge des innerhalb des Ob ektabschnitts verlaufenden Geradenabschnitts und/oder maximal 20% der Länge des innerhalb der mi- nimalen Hülle, vorzugsweise der minimalen konvexen Hülle, um den Objektabschnitt verlaufenden Geradenabschnitts und/oder die Hüllbeschreibungsdaten spezifizieren eine Hülle, die ein Volumen umschließt, welches um maximal 50% größer ist als das Volumen des darin befindlichen Objektabschnitts und/oder welches um maximal 50% größer ist als das Volumen der darin befindlichen minimalen Hülle, vorzugsweise der minimalen konvexen Hülle, des Obj ektabschnitts . Als minimale Hülle wird hierbei eine kleinstmögliche Hüllfläche um das Objekt bzw. den Objektabschnitt herum verstanden, d.h. eine Hüllfläche, die möglichst wenig von dem Obj ekt (abschnitt) selbst beabstandet ist bzw. in einem möglichst großen Bereich der Objektaußenfläche an dieser anliegt, das Objekt also „einhüllt". Eine Hülle wird als konvex bezeichnet, wenn sie mit je zwei Punkten auch deren Verbindungsstrecke enthält. Der Abstand der Hülle zum Objektabschnitt bzw. der minimalen (konvexen) Hülle wird dabei vorzugsweise in schichtparallelen Ebenen bzw. in Ebenen senkrecht zu einem Baufortschritt ermittelt.
Dadurch, dass der Abstand der Hülle zum Objekt (abschnitt) bzw. das Volumen der Hülle beschränkt ist, ist es beispielsweise möglich, die benötigte Menge an Aufbaumaterial zu reduzieren und das Herstellverfahren somit kostengünstig und zeiteffizient zu gestalten wenn die Hülle mit dem Objekt in der Herstellvorrichtung hergestellt wird. Zudem kann der Bediener der Herstellvorrichtung (Fertiger) anhand der Hülldaten die Lage und/oder Position und/oder den Pulverbedarf des herzustellenden Objekts bzw. Objektquerschnitts möglichst genau einschätzen. Im Sinne der Reduzierung von Aufbaumaterial bzw. zum Recycling möglichst alles Aufbaumaterials , das nicht zur Herstellung des Objekts benötigt wird, kann zusätzlich vorgesehen sein, die Hülle mit mindestens einem Loch zu versehen (das bereits im er- findungsgemäßen Steuerbefehlssatz vorgesehen sein kann) . Ein jedes solches Loch ist bevorzugt so bemessen, dass das Aufbaumaterial problemlos durch es hindurch von innerhalb der Hülle nach außen gelangen kann. Andererseits ist es auch bevorzugt, jedes solches Loch so klein zu bemessen, dass ein menschlicher Betrachter nicht durch es hindurch in das Innere der Hülle sehen kann, um unerwünschtem Blickzugriff vorzubeugen. Insbesondere bei komplizierteren O jektgeometrien und/oder unregelmäßig gestalteten Objektoberflächen .kann eine minimale konvexe Hülle für das herzustellende Objekt bzw. den Objektabschnitt definiert werden und die Hülldaten in Bezug auf diese ermittelt werden. Dadurch kann beispielsweise die Beschreibung der Hülldaten vereinfacht werden und bei einem Mitbauen der Hülle um das dreidimensionale Objekt (bzw. Objektabschnitt) herum verhindert werden, dass die Gestalt der Hülle Hinweise auf geheimzuhaltende geometrische Eigenschaften (z.B. Oberflächenstrukturen) des Objekts (bzw. Objektabschnitts) gibt.
Vorzugsweise weist der Steuerbefehlssatz weiter einen Bauauftragszähler auf, der die Maximalzahl an Herstellvorgängen des durch die O ektbeschreibungsdaten spezifizierten Objektabschnitts vorgibt, wobei bevorzugt der Wert des Bauauftragszählers dergestalt verschlüsselt ist, dass er von der additiven Herstellvorrichtung mittels eines permanent in dieser hinterlegten Schlüssels entschlüsselt werden kann. Damit kann beispielsweise sichergestellt werden, dass lediglich die vom Auftraggeber autorisierte Anzahl an Objekten in der Herstellvorrichtung hergestellt wird, indem nach Erreichen der Maximalzahl keine weiteren Herstellvorgänge möglich sind. Somit kann beispielsweise das Herstellen von unautorisierten Kopien durch den Fertiger verhindert werden. Der Bauauftragszähler kann beispielsweise auch in einem geschützten und nicht manipulierbaren Speicherbereich der Herstellvorrichtung liegen. Die Maximalanzahl an Herstellvorgängen kann auf eine Herstellvorrichtung bezogen sein, sie kann jedoch auch die maximale Zahl an gesamten, in verschiedenen Herstellvorrichtungen durchzuführenden Herstellvorgängen sein. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Generierung eines Steuerbefehlssatzes . für eine additive Herstellvorrichtung zur Herstellung mindestens einen dreidimensionalen Objektes mittels derselben weist die folgenden Schritte auf:
- Verschlüsseln von Objektbeschreibungsdaten, die eine Gestalt und/oder Größe eines Abschnitts des herzustellenden mindestens einen Objekts beschreiben, dergestalt, dass sie von der additiven Herstellvorrichtung mittels eines permanent in dieser hinterlegten Schlüssels entschlüsselt werden können und
- Erzeugen eines Steuerbefehlssatzes, der die verschlüsselten Objektbeschreibungsdaten aufweist .
Mit dem Verfahren ist es beispielsweise möglich, einen oben beschriebenen Steuerbefehlssatz zu erzeugen. Zum Verschlüsseln der Objektbeschreibungsdaten kann dabei beispielsweise ein öffentlicher, von der Herstellvorrichtung erzeugter Schlüssel verwendet werden, so dass die Objektbeschreibungsdaten nur mittels des entsprechenden geheimen Schlüssels, der in der Herstellvorrichtung hinterlegt ist, wieder entschlüsselt werden können .
Vorzugsweise weist das Verfahren weiterhin den Schritt des Integrierens von verschlüsselten Steuerparametern der additiven Herstellvorrichtung in den Steuerbefehlssatz auf, wobei die verschlüsselten Steuerparameter von der additiven Herstellvorrichtung mittels eines permanent in dieser hinterlegten Schlüssels entschlüsselbar sind.
Vorzugsweise werden in dem Verfahren weiterhin Hüllbeschrei - bungsdaten generiert, die die Gestalt und/oder Größe einer den
Abschnitt des Objekts zumindest teilweise umgebenden, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig umgebenden, Hülle spezifizieren, und die unverschlüsselten Hüllbeschreibungsdaten in den Steuerbefehlssatz integriert. Die unverschlüsselten Hüllbe- schreibungsdaten können alternativ auch in einem zweiten, dem Steuerbefehlssatz zugeordneten, Datensatz gespeichert sein.
Ferner können die Hüllbeschreibungsdaten beispielsweise auch mittels eines von dem Bediener der Herstellvorrichtung entschlüsselbaren Schlüssels verschlüsselt sein.
Vorzugsweise beträgt der Abstand der Hülle zum Objektabschnitt entlang einer Geraden durch den Objektabschnitt maximal 20% der Länge des innerhalb des Objektabschnitts verlaufenden Geradenabschnitts und/oder maximal 20% der Länge des innerhalb der minimalen Hülle, vorzugsweise der minimalen konvexen Hülle, um den Objektabschnitt verlaufenden Geradenabschnitts und/oder die Hüllbeschreibungsdaten spezifizieren eine Hülle, die ein Volu- men umschließt, welches um maximal 50% größer ist als das Volumen des darin befindlichen Objektabschnitts und/oder welches um maximal 50% größer ist als das Volumen der darin befindlichen minimalen Hülle, vorzugsweise der minimalen konvexen Hülle, des Obj ektabschnitts .
Vorzugsweise wird in dem Verfahren weiterhin ein Bauauftrags - zähler in den Steuerbefehlssatz integriert, der die Maximalzahl an Herstellvorgängen des durch die Objektbeschreibungsdaten spezifizierten Objektabschnitts vorgibt, wobei bevorzugt der Wert des Bauauftragszählers dergestalt verschlüsselt ist, dass er von der additiven Herstellvorrichtung mittels eines permanent in dieser hinterlegten Schlüssels entschlüsselt werden kann . Eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung ist dazu geeignet, mindestens ein dreidimensionales Objekt durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials herzustellen. Die additive Herstellvorrichtung weist eine Datenentgegennahmeeinrichtung auf zur Entgegennahme eines Steuerbefehlssatzes, der die Herstellung des mindestens eines Objektes mittels der additive Herstellvorrichtung spezifiziert und eine Entschlüsselungseinrichtung, die geeignet ist, Daten in einem von der Datenentge- gennahmeeinrichtung entgegengenommenen Steuerbefehlssatz mittels eines in der additiven Herstellvorrichtung permanent hinterlegten Schlüssels zu entschlüsseln.
Die additive Herstellvorrichtung kann beispielsweise eine addi- tive Schichtbauvorrichtung sein, insbesondere eine Lasersinteroder La-se-rschmelzvorrichtung . Als formloses Aufbaumaterial kann beispielsweise ein Pulver und/oder ein flüssiges Aufbaumaterial verwendet werden. Die erfindungsgemäße Herstellvorrichtung ist somit beispielsweise dazu geeignet, einen oben beschriebenen Steuerbefehlssatz entgegenzunehmen, diesen zu entschlüsseln und durch Ausführen der darin enthaltenen Steuerbefehle ein spezifiziertes dreidimensionales Objekt herzustellen. Da der Steuerbefehlssatz nur von einer geeigneten Herstellvorrichtung entschlüsselt werden kann (beispielsweise einer, in der der ent- sprechende private Schlüssel hinterlegt ist) , kann das Herstellen eines Objekts mittels Ausführens des Steuerbefehlssatzes auf einer nichtautoi-isierten Herstellvorrichtung verhindert werden . Vorzugsweise ist ein von der Entschlüsselungseinrichtung für die Entschlüsselung eines Steuerbefehlssatzes zu verwendender Schlüssel so in der additiven Herstellvorrichtung abgelegt, dass er nur unter Verwendung eines speziellen Zugangscodes abgeändert werden kann. Ein derartiger spezieller Zugangscode kann beispielsweise ein Administrator- oder Spezialpasswort sein. Dieses kann beispielsweise nur einer autorisierten Person, wie beispielsweise dem Vorrichtungshersteller, vorliegen. Eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung, insbesonde re die oben beschriebene Herstellvorrichtung, ist dazu geeignet, mindestens ein dreidimensionales Objekt durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials herzustellen, und weist auf:
- eine Prozessüberwachungsvorrichtung , die geeignet ist, während des Herstellvorgangs des mindestens einen dreidimensionalen Objekts Prozessinformationen, insbesondere optische Informationen über das noch nicht fertiggestellte mindestens eine dreidimensionale Objekt, bereitzustellen und
- eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung der von der Prozessüberwachungsvorrichtung bereitgestellten optischen Informationen auf einem Monitor,
wobei die additive Herstellvorrichtung und/oder die Prozessüberwachungsvorrichtung so ausgelegt ist, das bei der Anzeige der optischen Informationen nur eine einen Abschnitt des Objekts zumindest teilweise umgebende Hülle, nicht jedoch der Ob j ektabschnitt selbst, dargestellt werden.
Mit optischen Informationen ist hierbei nicht nur sichtbares Licht gemeint. Generell können mit der Prozessüberwachungsvorrichtung Prozessdaten erfasst und vorzugsweise auch ausgewertet werden. So kann beispielsweise eine Prozessstrahlung, z.B. eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere auch eine thermische Strahlung bzw. Infrarotstrahlung, von der Prozessüberwachungs - Vorrichtung erfasst und ausgewertet werden. Damit ist es beispielsweise möglich, den Bauprozess zu überwachen und eventuell auftretende Unregelmäßigkeiten zu erkennen. Dadurch, dass durch die Anzeigevorrichtung lediglich die Hüllinformationen angezeigt werden, kann ein Bediener der Herstellvorrichtung keine Rückschlüsse auf den von der Hülle umgebenen Objektabschnitt ziehen . Vorzugsweise ist die Prozessuberwachungsvorrichtung der Herstellvorrichtung so ausgelegt, dass sie optische Informationen, die eine Gestalt des Objektabschnitts selbst widerspiegeln, verschlüsselt bereitstellt. Diese verschlüsselten Daten können beispielsweise dem Auftraggeber bereitgestellt werden, so dass dieser Rückschlüsse auf die Qualität des hergestellten Objekts ziehen kann und/oder Unregelmäßigkeiten im Bauvorgang erkennen kann . Ein erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugsweise ein Lasersinteroder Laserschmelzverfahren, dient der additiven Herstellung mindestens eines dreidimensionalen Objekts mittels einer additiven Herstellvorrichtung. Dabei wird die additive Herstellvorrichtung zur Herstellung des mindestens einen dreidimensionalen Objekts durch einen erfindungsgemäßen Steuerbefehlssatz angesteuert. Mit einem derartigen Herstellungsverfahren ist es beispielsweise möglich, ein von einem Auftraggeber entworfenes dreidimensionales Objekt in einer additiven Herstellvorrichtung herzustellen, ohne dass der Fertiger (Bediener der Herstellvor- richtung) die Gestalt und/oder Größe des herzustellenden Objekt (abschnitt ) s kennt. Dabei können in dem Steuerbefehlssatz unverschlüsselte bzw. für den Bediener zugängliche Informationen hinterlegt sein, die diesem für die Auftragsplanung
und/oder Auftragsvorbereitung dienen.
Eine erfindungsgemäße Prozessuberwachungsvorrichtung dient der Bereitstellung von Prozessinformationen, insbesondere optischen Informationen über das noch nicht fertig gestellte mindestens eine dreidimensionale Objekt, während des Herstellvorgangs des Objekts durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials in einer additiven Herstellvorrichtung. Die Prozessuberwachungsvorrichtung ist so ausgelegt, dass die bereitgestellten optischen Informationen nur die Gestalt einer einen Abschnitt des Objekts zumindest teilweise umgebenden Hülle widerspiegeln, nicht jedoch die Gestalt des Objektabschnitts selbst widerspiegeln. Mit optischen Informationen ist hierbei nicht nur sichtbares Licht gemeint. Generell können mit der Prozessüberwachungsvor- richtung Prozessdaten wie beispielsweise eine Prozessstrahlung, z.B. eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere auch eine thermische Strahlung bzw. Infrarotstrahlung, erfasst werden. Damit ist es beispielsweise möglich, den Bauprozess zu überwachen und eventuell auftretende Unregelmäßigkeiten zu erkennen. Dadurch, dass durch die Anzeigevorrichtung in der additiven Herstellvorrichtung lediglich die Hüllinformationen angezeigt werden, kann ein Bediener der Herstellvorrichtung keine Rück- Schlüsse auf den von der Hülle umgebenen Objektquerschnitt ziehen .
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Vorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß einer ersten Aus- führungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2a ist eine Ansicht eines mittels der in Fig. 1 gezeigten
Vorrichtung herstellbaren dreidimensionalen Objekts, Fig. 2b zeigt eine Hülle, Fig. 2c zeigt das Objekt aus Fig. 2a mit der es umgebenden Hülle aus Fig. 2b und
Fig. 2d zeigt einen Querschnitt entlang der in Fig. 2c gestrichelt gezeichneten Linie A-A. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuerbefehlssatzes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches schematisch ein Verfahren zum Erzeugen eines in Fig. 3 gezeigten
Steuerbefehlssatzes zeigt.
Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts in einer in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zeigt.
Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 1 ein Beispiel einer additiven Herstellvorrichtung beschrieben, mit der die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1. Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält sie eine Prozesskammer 3 mit einer Kammerwandung 4.
In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Behälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des
Behälters 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.
In dem Behälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 10 angeordnet, an dem eine Bauunterlage 11, 12 angebracht ist, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. 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. Die Lasersintervorrichtung 1 enthält weiter einen Vorratsbehälter 14 für ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares pulverförmiges Aufbaumaterial 15 und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 16 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 15, z.B. ein Pulver, innerhalb des Baufelds 8. Vorzugsweise erstreckt sich der Beschichter 16 quer zu seiner Bewegungsrichtung über den ganzen zu beschichtenden Bereich. Optional ist in der Prozesskammer 3 eine Strahlungsheizung 17 angeordnet, die zum Beheizen des aufgebrachten Aufbau- materials 15 dient. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein.
Die Lasersintervorrichtung 1 enthält ferner eine Belichtungs- vorrichtung 20 mit einem Laser 21, der einen Laserstrahl 22 er- zeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 7 fokussiert wird. Optional enthält die Lasersintervorrichtung einen Sensor 30, der dazu geeignet ist, eine Prozessstrahlung 34 zu erfassen, welche beim Auftreffen des Laserstrahls 22 auf das Aufbaumaterial 15 in der Arbeitsebene 7 emittiert wird. Der Sensor 30 steht in Verbindung mit einer (optionalen) Prozessüberwachungs - Vorrichtung 31. Der Sensor 30 kann dabei wie in Fig. 1 gezeigt in der Prozesskammer 3 angeordnet sein. Alternativ dazu ist es auch möglich, den Sensor 30 außerhalb der Prozesskammer 3 anzuordnen und die Prozessstrahlung 34 durch das Einkoppelfenster 25 oder ein zweites Fenster (nicht gezeigt) auf den Sensor 30 auftreffen zu lassen.
Der Sensor 30 kann beispielsweise als optische Kamera oder als Fotodiode ausgeführt sein zum Erfassen einer von dem auftref- fenden Laserstrahl 22 emittierten elektromagnetischen Strahlung, oder als Temperaturfühler zum Erfassen einer emittierten thermischen Strahlung. Ferner können auch mehrere Sensoren 30 in der Lasersintervorrichtung 1 vorgesehen sein zum Erfassen einer optischen und/oder thermischen Prozessstrahlung 34.
Die Prozessüberwachungsvorrichtung 31 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, ein von dem Sensor 30 erfasstes Signal auszuwerten und auf einem Monitor grafisch bzw. optisch darzustellen. Der Monitor kann auch an einer separaten Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, die dann mit der Prozessüberwachungsvorrichtung 31 in Verbindung steht und von dieser das ausgewertete Signal empfängt . Weiter enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Steuereinheit 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Die Steuereinheit 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 Steuereinheit geladen werden kann.
Die Steuereinheit 29 wird über einen Steuerbefehlssatz ange- steuert, der u.a. ein Schichtmodell des herzustellenden Objekts enthält mit Informationen über die in den jeweiligen Schichten zu verfestigenden Querschnittsflächen des Objekts und Daten, die die genauen Parameter beim Verfestigen des Aufbaumaterials festlegen. Der Steuerbefehlssatz wird unten in Bezug auf Fig. 2 und 3 näher beschrieben.
Die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 enthält erfindungsgemäß zudem eine Datenentgegennahmeeinrichtung 32 zum Ent- gegennehmen eines außerhalb der Vorrichtung 1 erzeugten Steuerbefehlssatzes und eine Entschlüsselungseinrichtung 33 zum Entschlüsseln der von der Datenentgegennahmeeinrichtung 32 entgegengenommenen Daten.
Die Datenentgegennahmeeinrichtung 32 kann beispielsweise eine Datenschnittstelle (Software- oder Hardwareschnittstelle) oder ein Lesegerät für ein Speichermedium sein. Sie kann auch einen Speicher und/oder einen Puffer enthalten zum Speichern bzw.
Zwischenspeichern der entgegengenommenen Daten. In der Entschlüsselungseinrichtung 33 ist ein permanenter geheimer
Schlüssel hinterlegt, mit dem entsprechend verschlüsselte Daten entschlüsselt werden können. Optional ist die Entschlüsselungseinrichtung 33 zusätzlich dazu ausgebildet, einen öffentlichen Schlüssel zu generieren und über eine nicht gezeigte Ausgabeschnittstelle zur Verschlüsselung von Daten auszugeben, wobei diese verschlüsselten Daten nur mit dem in der Entschlüsselungseinrichtung 33 permanent hinterlegten Schlüssel wieder entschlüsselt werden können. Alternativ kann zusätzlich zu der Entschlüsselungseinrichtung 33 eine separate Schlüsselgenerierungseinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die einen entsprechenden öffentlichen Schlüssel erzeugt. Der öffentliche Schlüssel kann auch bereits vor- liegen und muss nicht erst in der Vorrichtung 1 erzeugt werden.
Optional kann zwischen der Entschlüsselungseinrichtung 33 und der Steuereinrichtung noch ein vorrichtungsinterner, abgesicherter Speicher und/oder Puffer vorgesehen sein zum Speichern bzw. Zwischenspeichern der von der Entschlüsselungseinrichtung entschlüsselten Steuerbefehle. Fig. 2a zeigt ein Beispiel eines in der Vorrichtung 1 aus dem Aufbaumaterial hergestellten dreidimensionalen Objekts 2. Das Objekt 2 besteht aus einem kugelförmigen Kopf 2a, einer spiralförmigen Struktur 2b und einem Sockel 2c, die über einen Stab 2d miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist eine Hülle 9 um das Objekt 2 herum vorgesehen, die mit dem Objekt 2 um dieses herum schichtweise aus dem Aufbaumaterial mit aufgebaut wird und in Fig. 2b gezeigt ist. Fig. 2c zeigt die Hülle 9 (als gestrichelte Linie) mit dem darin eingeschlossenen Objekt 2, wo- bei die Hülle lediglich zur besseren Veranschaulichung durchsichtig dargestellt ist.
Die Hülle 9 umschließt das Objekt 2 vorzugsweise vollständig in allen drei Raumrichtungen. Dabei müssen jedoch nicht alle Au- ßenflachen des Objekts 2 an die Hülle 9 angrenzen. Vielmehr kann auch ein Zwischenraum zwischen der Hülle und dem Objekt vorgesehen sein, der mit unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial gefüllt ist. Die Größe und geometrische Form der Hülle 9 ist somit an eine äußere Gestalt des Objekts 2 angepasst, d.h. die Hülle 9 weist einen Kugelförmigen Kopfabschnitt 9a auf, der den kugelförmigen Kopf 2a des Objekts 2 umschließt, einen Zylinder 9b zur Umschließung der spiralförmigen Struktur 2b und einen Sockel 9c, der den Sockel 2c des Objekts 2 umschließt. Das Zwischenstück 9d zwischen Kopf 9a und Zylinder 9b ist an den Stab 2d angepasst. Somit ist das fertige Objekt 2 nicht sichtbar, sondern nur die Hülle 9.
Fig. 2d zeigt einen schichtparallelen Querschnitt durch das Objekt 2 und die das Objekt umschließende Hülle 9 entlang der in Fig. 2c gestrichelt gezeichneten Linie A-A. In dem Querschnitt ist zudem ein kreisförmiger Querschnitt mit einem Radius L2 einer minimalen konvexen Hülle 9b1 um den spiralförmigen Objekt - abschnitt 2b herum gezeigt. Der kreisförmige Querschnitt des Zylinders 9b der Hülle 9 ist ein zu dem Querschnitt der minimalen konvexen Hülle 9b' konzentrischer Kreis im Abstand LI. Die minimale konvexe Hülle 9' wird unten in Bezug auf Fig. 4 näher beschrieben .
Fig. 3 zeigt beispielhaft einen erfindungsgemäßen Steuerbefehlssatz 40. Er umfasst einen verschlüsselten Teil 41 und einen unverschlüsselten Teil 42. In dem verschlüsselten Teil 41 sind insbesondere Objektbeschreibungsdaten 43 und Steuerparame - ter 44 für die Herstellvorrichtung 1 hinterlegt. Optional kann der verschlüsselte Teil 41 noch Bauauftragszählerdaten 45 umfassen, die die maximale Anzahl an herzustellenden Objekten 2 spezifizieren. Der Bauauftragszähler (d.h. beispielsweise ein Algorithmus, der die Anzahl der durch Ausführen des Steuerbe- fehlssatzes hergestellten Objekte zählt) selbst kann ebenfalls in dem verschlüsselten Teil 41 des Steuerbefehlssatzes 40 implementiert sein oder alternativ in einem geschützten Speicherbereich der Vorrichtung 1. In dem unverschlüsselten Teil 42 des Steuerbefehlssatzes 40 sind HüllbeSchreibungsdaten 46 einer um das Objekt 2 herum zu bauenden Hülle 9 und/oder einer minimal konvexen Hülle 9' und/oder Informationen 47 zu dem zu verwendenden Aufbaumaterial und/oder Orientierungsdaten 48 über die Lage und/oder Position des herzustellenden Objekts 2 bzw. der (minimal konvexen) Hülle 9 bzw. 9' in dem Behälter 5 der Vorrichtung 1 und/oder weitere Informationen 49, die ein Benutzer benötigt, um die Vorrichtung 1 für den Bauvorgang vorzubereiten, hinterlegt. Die im unverschlüsselten Teil 42 gespeicherten Daten sind somit Metadaten für den verschlüsselten Teil 41 und dienen dem Zweck, die Herstellvorrichtung für den Bauvorgang vorbereiten zu kön- nen, ohne die Steuerbefehle des verschlüsselten Teils 41 zu kennen .
Es sei erwähnt, dass es je nach Anwendungsfall und Geheimhal- tungsbedürfnis auch vorgesehen sein kann, Daten, die hier dem unverschlüsseltem Teil 42 zugeordnet sind, dem verschlüsselten Teil 41 zuzuordnen oder vice versa. Auch ist es nicht zwingend erforderlich überhaupt einen unverschlüsselten Teil 42 im Steuerbefehlssatz 40 vorzusehen.
Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen eines mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Steuerbefehlssatzes beschrieben. Zuerst werden in Schritt 50 dreidimensionale Objektbeschreibungsdaten des herzustellenden Objekts 2 erzeugt. Hierzu kann beispielsweise ein CAD-Programm verwendet werden. Diese werden dann mittels eines der Entschlüsselungseinheit 33 der Vorrichtung 1 zugeordneten Schlüssels verschlüsselt und so die verschlüsselten Objektbeschreibungsdaten 43 erzeugt.
In Schritt 51 werden Daten einer minimalen konvexen Hülle 9' um das Objekt 2 herum errechnet. Dies kann auch, wie in den Fig. 2a-2d gezeigt, abschnittsweise geschehen. So wird beispielsweise für den spiralförmigen Objektabschnitt 2b eine minimale kon- vexe Hülle 9b1 um diesen herum berechnet (Fig. 2d) . Da sich die Lage des spiralförmigen Objektquerschnitts 2b in der schichtparallelen Querschnittsflache entlang der Höhe des Objekts (d.h. mit sich änderndem Abstand der Schnittlinie A-A zu dem Sockel 2c) innerhalb eines Kreises mit Durchmesser L2 um den Stab 2d herum ändert, ist die minimale konvexe Hülle 9b1 des Objektabschnitts 2b ein Kreiszylinder mit Durchmesser L2. Die minimalen konvexen Hüllen der Objektabschnitte 2a, 2c und des stabförmigen Verbindungsabschnitts 2d sind jeweils die Außenoberflächen dieser Objektabschnitte. Die gesamte minimale konvexe Hülle 9' ergibt sich dann als Gesamtheit der minimalen konvexen Hüllabschnitte.
In Schritt 52 werden Hüllbeschreibungsdaten 46 der Hülle 9 um das Objekt 2 herum basierend auf der minimalen konvexen Hülle 9' errechnet. Für den kreiszylinderförmigen Abschnitt 9b' der minimalen konvexen Hülle um den spiralförmigen Objektabschnitt 2b herum ist der Hüllabschnitt 9b ebenfalls ein Kreiszylinder, dessen Wandung in einem regelmäßigen Abstand LI von dem Kreis - zylinder 9b' beabstandet ist (Fig. 2d) . Vorzugsweise beträgt der Abstand LI des Abschnitts 9b der Hülle zum Abschnitt 9b' der minimalen konvexen Hülle maximal 20% des Durchmessers L2 der minimalen konvexen Hülle 9b' und/oder die zylinderförmige Hülle 9b schließt ein Volumen ein, welches um maximal 50% größer ist als das Volumen der zylinderförmigen mi- nimalen konvexen Hülle 9b' .
Analog dazu werden Hüllabschnitte 9a, 9d und 9c um die entsprechenden Objektabschnitte 2a, 2d und 2c herum basierend auf den entsprechenden Abschnitten der minimalen konvexen Hülle 9 ' er- rechnet. Die Hülle 9 um das Objekt 2 herum ergibt sich dann als
Gesamtheit der Hüllabschnitte 9a, 9b, 9c und 9d.
Da die minimale konvexe Hülle 9' in den Objektabschnitten 2a, 2d und 2c der Außenoberfläche des jeweiligen Objektabschnitts entspricht, können die Hüllabschnitte 9a, 9c und 9d auch direkt aus den Objektabschnitten 2a, 2c und 2d errechnet werden. Vorzugsweise wird dabei ebenfalls der Abstand der Hülle zum Objektabschnitt entlang einer Geraden durch den Objektabschnitt so gewählt, dass er maximal 20% der Länge des innerhalb des Objektabschnitts verlaufenden Geradenabschnitts beträgt. Alternativ oder zusätzlich wird die Hülle 9 so gewählt, dass sie ein Volumen umschließt, welches um maximal 50% größer ist als das Volumen des darin befindlichen Objekts.
Anschließend wird in dem optionalen Schritt 53 eine gewünschte Lage und/oder Position des herzustellenden Objekts und/oder der Hülle während dessen Herstellung in dem Behälter festgelegt und/oder es werden Stützstrukturdaten für eine das Objekt bzw. den Hüllbereich stützende Zusatzstruktur ermittelt. Die entsprechenden CAD-Daten des Objekts und/oder der Hülle und/oder der Stützstruktur können gegebenenfalls in ein anderes Datenformat (z.B. STL) umgerechnet werden.
Danach werden die Objekt- und Hüllbeschreibungsdaten 43 bzw. 46 in einem Schritt 54, beipielsweise mithilfe einer geeigneten Software, in Schichtdaten umgewandelt. Diese Schichtdaten entsprechen den zu verfestigenden Querschnittsflächen in den je- weiligen Schichten.
Anschließend werden in Schritt 55 Steuerparameter für die Herstellung des Objekts 2 und der Hülle 9 erzeugt, die beispielsweise Belichtungsparameter und/oder Belichtungsmuster beschrei- ben. Diese werden dann mittels eines von der Entschlüsselungs - einheit 33 der Vorrichtung 1 erzeugten Schlüssels verschlüsselt und so die verschlüsselten Steuerbefehle 44 erzeugt. Nun wird, beispielsweise mithilfe einer Prozesssoftware, aus den Schichtdaten unter Berücksichtigung der Steuerbefehle 44 der Steuerbe- fehlssatz 40 erzeugt. Optional kann dabei noch ein Algorithmus für einen Bauauftragszähler bzw. ein Bauauftragszählerwert in den Steuerbefehlssatz integriert werden. Diese Bauauftragszählerdaten 45 werden ebenfalls mittels eines von der Entschlüsse- lungseinheit 33 der Vorrichtung 1 erzeugten Schlüssels verschlüsselt. Die Bauauftragszählerdaten können auch in einem früheren Schritt 50 bis 54 erzeugt werden. Alternativ zu dem mit Bezug auf Fig. 4 beschriebenen Vorgehen können die Objektbeschreibungsdaten 43, Steuerbefehle 44 und Bauauftragszählerdaten 45 in den Schritten 50 bzw. 55 auch in unverschlüsselter Form erzeugt werden und erst wenn der fertige Steuerbefehlssatz 40 vorliegt die dem verschlüsselten Teil 41 entsprechenden Daten verschlüsselt werden.
Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Steuersatzes beschrieben.
Zuerst entwirft der Auftx'aggeber in Schritt 60 ein Modell des herzustellenden Objekts 2 und erzeugt daraus gemäß den Schritten 50 bis 54 des mit Bezug auf Fig. 4 beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen eines Steuerbefehlssatzes Schichtdaten des Objekts 2 und der Hülle 9.
Anschließend wählt der Auftraggeber eine Herstellvorrichtung für die Herstellung des Objekts bei einem Fertiger aus und lässt sich in Schritt 61 vom Fertiger einen öffentlichen
Schlüssel zum Verschlüsseln von Daten übermitteln. Der öffentliche Schlüssel kann dabei beispielsweise von der Entschlüsselungseinrichtung 33 der gewählten Herstellvorrichtung 1 erzeugt werden. Er wird dabei so erzeugt, dass mit ihm verschlüsselte Daten nur mit dem in der ausgewählten Herstellvorrichtung 1 hinterlegten geheimen Schlüssel wieder entschlüsselt werden können. Alternativ dazu kann der öffentliche Schlüssel dem Auftraggeber bzw. dem Fertiger bereits vorliegen, so dass er nicht erst übermittelt bzw. erzeugt werden muss. Zudem übermittelt der Fertiger in Schritt 61 optional Maschi- nenparatneter, die der Auftraggeber zum Erstellen von Steuerparametern (Schritt 55 in Fig. 4) benötigt. Der Auftraggeber er- zeugt dann einen Steuerbefehlssatz (Schritt 55 in Fig. 4) und verschlüsselt den zu verschlüsselnden Teil 41 des Steuerbefehlssatzes 40 mit dem übermittelten öffentlichen Schlüssel. Dieser so erzeugte, teilweise verschlüsselte, Steuerbefehlssatz 40 wird dann in Schritt 62 an den Fertiger übermittelt, bei- spielsweise über ein Netzwerk (z.B. ein LAN oder das Internet) oder mittels eines Speichermediums.
In Schritt 63 liest der Fertiger bzw. Bediener der Vorrichtung 1 den unverschlüsselten Teil 42 des Steuerbefehlssatzes 40 aus und bereitet basierend auf den darin enthaltenen Informationen die Vorrichtung 1 für den Herstellvorgang vor. Hierzu kann der Bediener insbesondere Informationen über das zu verwendende Auf aumaterial , die Lage und/oder Ausrichtung des herzustellenden Objekts oder der Hülle, die Größe und/oder Gestalt der Hül- le etc. verwenden.
In Schritt 64 wird nun der Steuerbefehlssatz 40 oder zumindest der verschlüsselte Teil 41 desselben an die Datenentgegennahme- einrichtung 32 der Vorrichtung 1 übermittelt. Diese leitet den verschlüsselten Teil 41 an die Enschlüsselungseinrichtung 33 weiter, wo er entschlüsselt wird und so die Steuereinheit 29 Zugriff auf die Steuerbefehle zur Herstellung des Objekts 2 hat . In dem Herstellungsvorgang 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 zum Verfestigen der jeweiligen Schicht an den dem jeweiligen Objekt entsprechenden Stellen mittels des Laserstrahls 22 in dem Baufeld 8 angesteuert und so das Objekt 2 mit der es umgebenden Hülle 9 gemäß den Objekt- und Hüllbeschreibungsdaten 43, 46 hergestellt.
Während des Herstellungsprozesses erfasst der Sensor 30 eine von der Auftreffstelle des Laserstrahls 22 ausgehende Prozessstrahlung 34 und leitet ein entsprechendes Signal an die Pro- zessüberwachungsvorrichtung 31 weiter, die dieses auswertet und an dem Monitor grafisch darstellt. Vorzugsweise werden an dem Monitor lediglich die Hülle 9 betreffende Informationen angezeigt. Beispielsweise können das Objekt 2 betreffende Informationen in der Anzeige geschwärzt oder anderweitig unkenntlich gemacht werden. Die das Objekt 2 betreffenden Informationen können jedoch von der Prozessüberwachungsvorrichtung 31 an einen internen, geschützten Speicher der Vorrichtung 1 weitergeleitet und dort gespeichert werden.
Nach Fertigstellung des Objekts und der Hülle wird in Schritt 65 die Hülle mitsamt dem Objekt aus der Vorrichtung 1 entnommen und an den Auftraggeber übergeben. Dieser kann nun das Objekt von der Hülle befreien und optional weiteren Nachbearbeitungs - Prozessen unterziehen. Zusätzlich können die von der Prozessüberwachungsvorrichtung 31 gesammelten, das Objekt und/oder- die Hülle betreffenden Daten an den Auftraggeber übermittelt werden, vorzugsweise in verschlüsselter Form, so dass dem Auftraggeber Informationen über den tatsächlichen Ablauf des Herstellungsprozesses vorliegen.
In dem oben mit Bezug auf Fig. 4 beschriebenen Verfahren werden in Schritt 50 die gesamten Daten des dreidimensionalen Objekts verschlüsselt. Alternativ ist es aber auch möglich, nur die Da- ten eines geheim zu haltenden Objektabschnitts (beispielsweise der spiralförmige Abschnitt 2b in Fig. 2a- 2d) zu verschlüsseln. Entsprechend liegen in dem Steuerbefehlssatz 40 auch nur die den entsprechenden Objektabschnitt betreffenden Daten und/oder Steuerbefehle in verschlüsselter Form vor. Die Hülle 9 kann dann um das gesamte Objekt herum gebaut werden, oder auch nur um den geheim zu haltenden Objektabschnitt herum.
Ferner muss die Hülle nicht mitgebaut werden, es reicht viel- mehr beispielsweise auch aus, nur die Hülldaten zu berechnen und dem Fertiger zur Planung des Herstellungsvorganges bereitzustellen. Hierfür können auch die Daten der minimalen konvexen Hülle verwendet werden. Die Hülle bzw. minimale konvexe Hülle kann auch ganz weggelassen werden. Dies kann vor allem dann vorteilhaft sein, wenn eine geheim zu haltende Struktur des Objekts im Inneren des Objekts liegt und so von außen nicht sichtbar ist und/oder wenn die Gestalt des Objekts nicht verborgen werden, sondern lediglich ein Schutz der an den Fertiger übermittelten Daten gewünscht ist, z.B. wenn dem Herstellungs- prozess zugrundeliegende Verfestigungsparameter geheim gehalten werden sollen.
Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand einer Lasersinterbzw. Laserschmelzvorrichtung beschrieben wurde, ist sie nicht auf das Lasersintern oder Laserschmelzen eingeschränkt. Sie kann auf beliebige Verfahren zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen und/oder selektives Aufbringen und Verfestigen eines Auf aumaterials angewendet werden. Neben dem La sersintern und Laserschmelzen seien hier beispielsweise noch Maskenverfahren, Stereolithografieverfahren, Inhibitions- und Absorptionssinterverfahren, sowie das Auftragsschweißen bzw. Cladding genannt . Als Aufbaumaterial können verschiedene Arten von Pulver verwendet werden, insbesondere Metallpulver, Kunststoffpulver, Keramikpulver, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver-. Anstelle von Pulver können auch andere geeignete Materialien als Aufbaumaterial verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Steuerbefehlssatz zur Steuerung der Herstellung mindestens eines dreidimensionalen Objekts (2) mittels einer additiven
Herstellvorrichtung (1) , wobei der Steuerbefehlssatz (40) aufweist :
verschlüsselte Objektbeschreibungsdaten (43), die eine Gestalt und/oder Größe eines Abschnitts (2, 2a, 2b, 2c, 2d) des herzustellenden mindestens einen Objekts (2) beschreiben und von der additiven Herstellvorrichtung (1) mittels eines permanent in dieser hinterlegten Schlüssels entschlüsselt werden können .
2. Steuerbefehlssatz nach Anspruch 1, der weiterhin verschlüsselte Steuerparameter (44) der additiven Herstellvorrichtung (1) spezifiziert, die von der additiven Herstellvorrichtung (1) mittels eines permanent in dieser hinterlegten Schlüssels entschlüsselbar sind.
3. Steuerbefehlssatz nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend :
unverschlüsselte Hüllbeschreibungsdaten (46), die die Gestalt und/oder Größe einer den Abschnitt (2, 2a, 2b, 2c, 2d) des Objekts (2) zumindest teilweise umgebenden Hülle spezifizieren .
4. Steuerbefehlssatz nach Anspruch 3, wobei die Hüllbeschreibungsdaten (46) eine den Abschnitt (2, 2a, 2b, 2c, 2d) des Ob- jekts (2) im Wesentlichen vollständig umschließende Hülle (9, 9a, 9b, 9c, 9d) spezifizieren.
5. Steuerbefehlssatz nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Abstand (LI) der Hülle (9, 9a, 9b, 9c, 9d) zum Objektabschnitt (2, 2a, 2b, 2c, 2d) entlang einer Geraden durch den Objektabschnitt maximal 20% der Länge des innerhalb des Objektab- Schnitts verlaufenden Geradenabschnitts und/oder maximal 20% der Länge (L2) des innerhalb der minimalen Hülle, vorzugsweise der minimalen konvexen Hülle (9', 9b'), um den Objektabschnitt verlaufenden Geradenabschnitts beträgt und/oder wobei die Hüll- beschreibungsdaten (46) eine Hülle (9, 9a, 9b, 9c, 9d) spezifi- zieren, die ein Volumen umschließt, welches um maximal 50% größer ist als das Volumen des darin befindlichen Objektabschnitts (2, 2a, 2b, 2c, 2d) und/oder um maximal 50% größer ist als das Volumen der darin befindlichen minimalen Hülle, vorzugsweise der minimalen konvexen Hülle (9', 9b'), des Objektabschnitts.
6. Steuerbefehlssatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen Bauauftragszähler, der die Maximalzahl an Herstellvorgängen des durch die Objektbeschreibungsdaten (43) spezifizierten Objektabschnitts (2, 2a, 2b, 2c, 2d) vorgibt, wobei bevorzugt der Wert des Bauauftragszählers dergestalt verschlüsselt ist, dass er von der additiven Herstellvorrichtung (1) mittels eines permanent in dieser hinterlegten Schlüssels entschlüsselt werden kann.
7. Verfahren zur Generierung eines Steuerbefehlssatzes (40) für eine additive Herstellvorrichtung (1) zur Herstellung mindestens einen dreidimensionalen Objektes (2, 2a, 2b, 2c, 2d) mittels derselben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist :
Verschlüsseln von Objektbeschreibungsdaten, die eine Gestalt und/oder Größe eines Abschnitts (2, 2a, 2b, 2c, 2d) des herzustellenden mindestens einen Objekts (2) beschreiben, dergestalt, dass sie von der additiven Herstellvorrichtung (1) mittels eines permanent in dieser hinterlegten Schlüssels entschlüsselt werden können;
Erzeugen eines Steuerbefehlssatzes (40) , der die verschlüsselten Objektbeschreibungsdaten (43) aufweist.
8. Additive Herstellvorrichtung, wobei die additive Herstellvorrichtung (1) geeignet ist, mindestens ein dreidimensionales Objekt (2) durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials herzustellen und die additive Herstellvorrichtung aufweist: eine Datenentgegennahmeeinrichtung (32) zur Entgegennahme eines Steuerbefehlssatzes (40) , der die Herstellung des mindestens eines Objektes (2) mittels der additive Herstellvorrichtung (1) spezifiziert und
eine Entschlüsselungseinrichtung (33), die geeignet ist, Daten in einem von der Datenentgegennahmeeinrichtung (32) entgegengenommenen Steuerbefehlssatz (40) mittels eines in der additiven Herstellvorrichtung (1) permanent hinterlegten Schlüssels zu entschlüsseln.
9. Additive Herstellvorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein von der Entschlüsselungseinrichtung (33) für die Entschlüsselung eines Steuerbefehlssatzes (40) zu verwendender Schlüssel so in der additiven Herstellvorrichtung (1) abgelegt ist, dass er nur unter Verwendung eines speziellen Zugangscodes abgeän- dert werden kann.
10. Additive Herstellvorrichtung, insbesondere nach Anspruch 8 oder 9, wobei die additive Herstellvorrichtung (1) geeignet ist, mindestens ein dreidimensionales Objekt (2) durch Verfes- tigen eines formlosen Aufbaumaterials herzustellen, und wobei die additive Herstellvorrichtung aufweist:
eine Prozessüberwachungsvorrichtung (31) , die geeignet ist, während des Herstellvorgangs des mindestens einen dreidi- mensionalen Objekts (2) Prozessinformationen, insbesondere optische Informationen über das noch nicht fertiggestellte mindestens eine dreidimensionale Objekt (2), bereitzustellen und eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung der von der Pro- zessüberwachungsvorrichtung bereitgestellten optischen Informationen auf einem Monitor,
wobei die additive Herstellvorrichtung (1) so ausgelegt ist, das bei der Anzeige der optischen Informationen nur eine einen Abschnitt (2, 2a, 2b, 2c, 2d) des Objekts (2) zumindest teilweise umgebende Hülle (9, 9a, 9b, 9c, 9d) , nicht jedoch der Objektabschnitt (2, 2a, 2b, 2c, 2d) selbst, dargestellt werden.
11. Additive Herstellvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Prozessüberwachungsvorrichtung (31) so ausgelegt ist, dass die bereitgestellten optischen Informationen nur die Gestalt einer einen Abschnitt (2, 2a, 2b, 2c, 2d) des Objekts (2) zumindest teilweise umgebenden Hülle (9, 9a, 9b, 9c, 9d) widerspiegeln, nicht jedoch die Gestalt des Objektabschnitts (2, 2a, 2b, 2c, 2d) selbst widerspiegeln.
12. Additive Herstellvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Prozessüberwachungsvorrichtung (31) so ausgelegt ist, dass sie optische Informationen, die eine Gestalt des Objektabschnitts (2, 2a, 2b, 2c, 2d) selbst widerspiegeln, verschlüs- seit bereitstellt.
13. Verfahren zur additiven Herstellung mindestens eines dreidimensionalen Objekts (2) mittels einer additiven Herstellvorrichtung ( 1 ) ,
wobei die additive Herstellvorrichtung (1) zur Herstellung des mindestens eines dreidimensionalen Objekts (2) durch einen Steuerbefehlssatz (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 angesteuert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei es sich um ein Lasersinter- oder Laserschmelzverfahren handelt.
15. Prozessüberwachungsvorrichtung zur Bereitstellung von Prozessinformationen, insbesondere optischen Informationen über das noch nicht fertig gestellte mindestens eine dreidimensionale Objekt (2), während des Herstellvorgangs des Objekts (2) durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials in einer ad- ditiven Herstellvorrichtung (1) ,
wobei die Prozessüberwachungsvorrichtung (31) so ausgelegt ist, dass die bereitgestellten optischen Informationen nur die Gestalt einer einen Abschnitt (2, 2a, 2b, 2c, 2d) des Objekts (2) zumindest teilweise umgebenden Hülle (9, 9a, 9b, 9c, 9d) widerspiegeln, nicht jedoch die Gestalt des Objektabschnitts (2, 2a, 2b, 2c, 2d) selbst widerspiegeln.
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