WO2019238429A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer mehrschicht-komponente - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer mehrschicht-komponente Download PDF

Info

Publication number
WO2019238429A1
WO2019238429A1 PCT/EP2019/064047 EP2019064047W WO2019238429A1 WO 2019238429 A1 WO2019238429 A1 WO 2019238429A1 EP 2019064047 W EP2019064047 W EP 2019064047W WO 2019238429 A1 WO2019238429 A1 WO 2019238429A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
analysis
forming
analyzing
multilayer component
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/064047
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benedikt Brandau
Jan Werschnik
Original Assignee
Jenoptik Optical Systems Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jenoptik Optical Systems Gmbh filed Critical Jenoptik Optical Systems Gmbh
Publication of WO2019238429A1 publication Critical patent/WO2019238429A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/364—Process control of energy beam parameters for post-heating, e.g. remelting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/50—Treatment of workpieces or articles during build-up, e.g. treatments applied to fused layers during build-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • B22F10/85—Data acquisition or data processing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/49—Scanners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for producing a multilayer component according to the main claims.
  • EP 2 587547 A1 discloses a method of feedback control of pressing a multilayer solar cell.
  • undercuts that arise during the manufacture of the corresponding multilayer component may possibly only be checked with additional mechanics, which in turn increases the costs for checking such a manufactured component. Even in the case of elements that can be viewed by a camera, errors identified can only be corrected with a small tolerance.
  • the object of the present invention is to create an improved method and an improved device for producing a multilayer component. This object is achieved by the subject matter of the independent claims.
  • a multilayer component can be understood to mean, for example, an element which is or was produced in layers or in layers, as is the case, for example, with a known rapid prototyping.
  • individual layers or layers of the multilayer component are produced, for example, by exposure, such as exposure or heating, to a powdery or liquid layer-forming material (for example a metal powder or a viscous resin or plastic).
  • An exposure can be understood to mean that the layer formation material is exposed to the layer formation beam and produces an effect in the layer formation material.
  • the loading, exposure or heating of the layer-forming material can bring about and particles of this material bond to one another.
  • the application can take place, for example, using the layer formation beam, such as a laser beam, an infrared light beam and / or an ultraviolet light beam, which enables a very fine-grained structuring of the layer from the layer formation material.
  • An analysis beam can also be understood to mean, for example, a laser beam, an infrared light beam and / or an ultraviolet light beam.
  • the analysis beam and the layer formation beam can also have physically different or at least only partially the same properties, but can be output at different times and can thus be used for forming the layer or analyzing the formed layer.
  • a further layer can be understood to mean a layer or layer of the multilayer component which differs from the layer and which, for example, has a different structuring than the layer of the multilayer component.
  • the approach proposed here is based on the finding that an improved production of a multilayer component can be achieved by first forming a layer, analyzing it and then producing a further layer on the layer in response. Such a procedure enables the detection and possibly the correction of errors that occurred when the layer was formed, so that there is subsequently a possibility of producing the multilayer component without errors. In this way, a reject rate can advantageously be achieved in the production of the multilayer component.
  • a favorable embodiment of the approach presented here is one in which a layer formation beam is used in the step of forming, which is formed by a beam forming element which also forms the analysis beam used in the step of analyzing and / or wherein in the step of analyzing a beam splitter in the beam path of the Analysis beam is used to direct the analysis beam onto the formed layer and to direct a portion of the analysis beam reflected from the formed layer onto a detector.
  • a beam forming element can be understood to mean, for example, a light source such as a laser diode or the like.
  • a beam splitter can be understood to mean, for example, a semi- or partially transparent mirror that deflects a light beam that arrives at the beam splitter in a first direction and a light beam that arrives at the beam splitter from a different direction.
  • a semi- or partially transparent mirror that deflects a light beam that arrives at the beam splitter in a first direction and a light beam that arrives at the beam splitter from a different direction.
  • the layer formation beam can be guided in a movement path through the layer formation material in the step of forming, the analysis beam being guided at least partially, in particular completely, in the movement path over the layer formed in order to analyze the layer formed.
  • An embodiment of the approach presented here is also advantageous, in which, in the step of analyzing, the layer formed is compared with an expected layer pattern in order to detect an error in the layer formed in the step of forming.
  • Such an embodiment offers the advantage of being able to analyze the layer formed directly after it has been formed (and before a further layer is generated), the structuring of the layer formed being able to be analyzed very precisely and precisely by using an expected layer pattern. In this way, possible defects in a layer of the multilayer component can be recognized at a very early stage of manufacture.
  • An embodiment of the approach proposed here is particularly advantageous in which, after the step of analyzing and before the step of generating, a step of reworking the layer is carried out if, in the step of analyzing, there is a deviation of the layer formed in the step of forming from the expected layer pattern is recognized, in particular in which the layer and / or the layer-forming material is acted upon by the layer-forming beam in the post-processing step in order to remedy the error in the layer formed.
  • a step of reworking the layer for example, the layer or a part of the layer can be again exposed to the layer formation beam, for example illuminated, so that possible errors in the formation of the layer can be eliminated.
  • fusing or hardening of certain particles of the layer-forming material can be ensured by reworking the layer by re-applying the layer-forming material to the layer-forming beam in a certain area of the layer in which the particles in question may not have been fused or evaluated when first applied , In this way, a high quality of the multilayer component can be ensured already during the formation of the individual layers, so that a reject rate in the manufacture of the multilayer component can be kept very low.
  • An embodiment of the approach proposed here is particularly advantageous, in which the step of generating is only carried out after the step of analyzing, if it was recognized in the step of analyzing that the layer was formed without errors. This enables a layer-by-layer analysis of the quality in the formation of the different layers of the multilayer component to be ensured.
  • the layer is formed or produced in the step of forming and the further layer of the multilayer component from a powdery or liquid layering material and / or in which a laser beam and / or an infrared light beam and / or an ultraviolet light beam is used in the step of forming and / or in the step of generating as a layering beam or in the step of analyzing as an analysis beam.
  • the steps of the method can be repeated cyclically in order to produce the multilayer component. In this way, multi-layer components can be manufactured which have a very high level of quality, precision and freedom from defects.
  • the approach presented here also creates a device which is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices.
  • This embodiment variant of the invention in the form of a device can also be used to achieve the object on which the invention is based quickly and efficiently.
  • the device can have at least one computing unit for processing signals or data, at least one storage unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the Have actuator and / or at least one communication interface for reading in or outputting data which are embedded in a communication protocol.
  • the computing unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, and the storage unit can be a flash memory, an EEPROM or a magnetic storage unit.
  • the communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or line-bound, a communication interface that can insert or output line-bound data, for example electrically or optically insert this data from a corresponding data transmission line or output it into a corresponding data transmission line.
  • a device can be understood to mean an electrical device that processes sensor signals and outputs control and / or data signals as a function thereof.
  • the device can have an interface that can be designed in terms of hardware and / or software.
  • the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device.
  • the interfaces are separate, integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces can be software modules which are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, in particular if the program product or program is executed on a computer or a device.
  • Figure 1 is a block diagram of a manufacturing device of a multilayer component with a device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows several representations of different stages in the production of a multilayer component in connection with steps of a method according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method for producing a multilayer component according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a production device 100 for producing a multilayer component 105.
  • This multilayer component 105 can be produced by a layer-by-layer structure, for example by forming a (first) layer 1 10 a layer formation beam 1 15 from a beam source 120 (the can also be referred to as a beam-forming element), is deflected at a beam splitter 125 and guided to a scanner 130.
  • the scanner 130 can, for example, deflect the layer formation beam 115 with a mirror 135 and guide it through an optical unit 140 and a pane 142 onto a surface of a layer formation material 150 located in a layer formation material container 145.
  • the layer formation material 150 or the layer formation material container 145 can to avoid or reduce contamination or errors in the formation of the layer 110 in a housing 152 hermetically sealed against an external environment.
  • the layer formation material 150 can be, for example, a powdery material or a liquid material. It is conceivable, for example, that the layer- forming material 150 is a metal powder or a liquid plastic material, which is formed by the layer-forming beam 115, which is, for example, a laser beam. Infrared light beam and / or ultraviolet light beam is implemented, is heated so that particles of the layer-forming material 150 remain with one another at the points or are used firmly where it is acted upon or illuminated or heated by the layer-forming beam 115. Achieve the structuring of a (first) layer 1 10 from the layer formation material 150. For this purpose, the scanner 130 can deflect the mirror 135 in such a way that the layer formation beam 115 can sweep over material 150 two-dimensionally over different regions of the surface of the layer formation beam.
  • the (first) layer 110 is now lowered, for example by a conveying element 155 which is located in or under the layering material container 145, so that further layering material 150 is deposited over the (first) layer 110 can flow.
  • a further layer-forming material 150 which has now flowed onto the (first) layer 110 with a layer-forming beam 115 in accordance with the above-mentioned description, a further layer 160 could now be produced in an analogous manner to the formation of the (first) layer 110.
  • the procedure described above is repeated cyclically in order to form or generate further layers of the multilayer component 105. In this way, the multilayer component 105 can now be assembled or manufactured in layers. It is problematic, however, that if errors occur during the formation or manufacture of the individual layers 110 or 160, such an error that has occurred can only be detected with great effort, let alone repaired. This is where the approach proposed here comes in.
  • this (first) layer 110 formed is analyzed in order, for example, to be able to detect errors in the formation of this layer 110.
  • an analysis beam 165 can be emitted from the beam source 120, whereby this analysis beam 165 can also be a laser beam, for example, an infrared light beam and / or an ultraviolet light beam.
  • This analysis beam 165 can, for example, also have a weaker intensity or a different wavelength, in order not to produce the effect in the layer-forming material 150 or the layer 110 that is generated by the layer-forming beam 115.
  • the analysis beam 165 can be coupled into the same beam path as the layer formation beam 115, so that this analysis beam 165 is likewise deflected at the beam splitter 125 and directed onto the mirror 135 of the scanner 130. If the mirror 135 is now controlled by the scanner 130 such that the analysis beam 165 is guided over the first layer 110 in a same movement path, this can result in a part 165 ′ of the analysis beam 165 reflecting on particles of the first layer 110 and is thrown back onto the beam splitter 125 via the optical unit and the mirror 135 of the scanner 130.
  • the beam splitter 125 can be designed, for example, as a dichromatic or semitransparent mirror, in which case the reflected part 165 'of the analysis beam 165 is guided objectively 170 to a sensor 175.
  • a corresponding signal 180 can then be output by the sensor 175, which signal can be delivered for the detection of errors in the first layer 110.
  • the signal 180 can represent an actual structuring pattern of the first layer 110, which is extracted from this signal 180 and with an expected one
  • Structuring pattern is compared, wherein a deviation of the actual structuring pattern of the first layer from an expected structuring pattern for the first layer 110 is recognized as an error in the formation of the first layer 110.
  • This advantageously makes it possible to recognize, but also to correct, an error that occurred during the formation of the layer 110 (as of course also in the other layers such as the further layer 160).
  • the light source 120 can be activated again by the
  • Output layer formation beam 1 15, which is then directed by appropriate control of the mirror 135 of the scanner 130 at those points of the first layer 1 10 that were recognized as having an incorrect structure. It is only when, for example, the first layer 110 has been recognized as having no defects, can the further layer 160 be produced in a subsequent step, as was described above.
  • the further layer 160 can also be implemented in a re-executed step of analyzing for the presence of errors that occurred during the generation and, if necessary, these errors that occurred in the further layer 160 may be corrected.
  • the procedure or the method according to an approach or exemplary embodiment presented here can be controlled by a corresponding device 185.
  • the beam source 120 and the scanner 130 can be controlled in a formation unit 187 in such a way that the layer 110 is formed using the layer formation beam 115.
  • the beam source 120 and the scanner 130 can also be controlled in an analysis unit 190 in order to direct the analysis beam 165 onto the layer 110, and a part 165 ′ of the analysis beam 165 via the beam splitter 125, the objective 170 and the sensor 175 to be able to evaluate a corresponding signal 180 for the presence of one or more errors in the structure of the layer 110.
  • the radiation source 120 and the scanner 130 can also be controlled in a generation unit 195 in order to use the further layer formation beam 115 to scan the further layer 160 (on the layer 1 10).
  • FIG. 2 shows schematically in several partial figures the procedure according to individual steps of an embodiment of the method presented here.
  • MMT Micro Machining Tool
  • an analysis beam 165 is now directed from the positioning device 100 onto the structure of the first layer 110 and the reflected part 165 ' of the analysis beam 165 is evaluated in order to identify the position and number of regions 200 at which the defects in the shape of the pores, holes or imperfections lie.
  • FIG. 2C shows the structure of the first layer 110 again in the form of a star with the holes or imperfections in the corresponding regions 200.
  • a layer-forming beam 115 for example the regions 200 in which the holes or imperfections of the first layer 110 are detected, is again emitted by the production device 100, as shown in FIG. 2D were.
  • a reworking can achieve a connection of particles of the layer-forming material 145 by again applying the layer-forming material 145 to the layer-forming beam 115, so that the defects in the first layer 110 can be repaired.
  • FIG. 2F now shows the error-free, star-shaped structure of the first layer 1 10.
  • the further layer 160 shown in FIG. 1 can now be generated on the first layer 1 10, with an analysis and, if necessary, a correction of errors again of the further layer generated can be carried out, as was described by way of example using the procedure illustrated in FIGS. 2A to 2F.
  • FIG. 3 shows a schematic flow diagram of an exemplary embodiment of the approach presented here as method 300 for producing a multilayer component.
  • the method 300 comprises a step 310 of forming a layer of the multilayer components by applying a layer formation material to a layer formation beam.
  • the method 300 further comprises a step 320 of analyzing the layer formed by means of an analysis beam and a step 330 of generating at least one further layer of the multilayer component by applying a further layer formation beam to the layer formation material in order to produce the multilayer component.
  • one or more exemplary embodiments of the approach presented here can be used to carry out integrated pressure monitoring by the optical system of the laser unit (scanner + object) in a 3D printing process.
  • Layer 1 10 can be printed, for example, with a laser, the scanner 130 traveling with a camera following the same path or the same path of movement as when the layer 1 10 was exposed. This can greatly simplify image processing. An image analysis can also be carried out at the same time and a correction can be initiated in the event of possible defects or pores. The steps described here can be repeated until the component is completed. The direct analysis of the layers formed or produced can thus result in a step-by-step recording, so that a tomography model of the multi-layer component can be provided for a final inspection.
  • the approach presented here does not require the use of an external beam source or optics unit, since by sharing the beam path for the provision of the layering beam and the analysis beam, both installation space and costs can be saved.
  • high-resolution tomography for example, a CT
  • the approach presented here therefore offers advantages by providing a process with inline monitoring, so that no further testing is necessary and a higher and stable quality can be achieved.
  • documentation of the analysis results per shift can also provide tomography as proof of quality for customers. External process monitoring is therefore not necessary, since appropriate process monitoring is already integrated in the manufacture of this component.
  • laser-based printing can therefore be carried out first, followed by one.
  • Image scan and analysis After this, a possible correction (for example, reprinting of structures) can be carried out, whereupon an image scan and an analysis can be carried out.
  • an exemplary embodiment comprises a “and / or” link between a first feature and a second feature, it should be read in such a way that the Embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and according to a further embodiment either only the first feature or only the second feature.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Die hier vorgestellte Erfindung betrifft ein Verfahren (300) zum Herstellen einer Mehrschicht-Komponente (105), wobei das Verfahren (300) einen Schritt (310) des Bildens einer Schicht (110) der Mehrschicht-Komponente (105) durch Beaufschlagen eines Schichtbildungsmaterials (150) mit einem Schichtbildungsstrahl (115) aufweist. Ferner umfasst das Verfahren (300) einen Schritt (320) des Analysierens der gebildeten Schicht (110) mittels eines Analysestrahls (115) und einen Schritt (330) des Erzeugens zumindest einer weiteren Schicht (160) der Mehrschicht-Komponente (105) durch Beaufschlagen des Schichtbildungsmaterials (150) mit einem weiteren Schichtbildungsstrahl (115), um die Mehrschicht-Komponente (105) herzustellen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Mehrschicht-Komponente
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Mehrschicht-Komponente gemäß den Hauptansprüchen.
Die EP 2 587547 A1 offenbart ein Verfahren einer Rückkopplungsregelung eines Drückens einer mehrschichtigen Solarzelle.
In modernen 3D-Druckern zur Herstellung von verschiedensten Komponenten werden diese Komponenten oftmals durch ein Schreiben eines Laserstrahls in einem pulverförmigen oder flüssigen Schichtbildungsmaterial schichtweise zusammengesetzt. Auf diese Weise lassen sich sehr einfach verschiedenste Strukturen mit technisch einfachen und kostengünstigen Mitteln realisieren. Zu beachten ist jedoch, dass für die Herstellung von Komponenten versichert relevante Anwendungen sehr strenge Qualitätsstandards einzuhalten sind, bei denen beispielsweise eine Prüfung auf das Vorliegen von Poren oder Fehldruckstellen sehr aufwändig und kostspielig ist und nicht dem gewünschten Qualitätsstandard entsprechende Teile nicht mehr korrigiert werden können und als Ausschuss zu betrachten sind. Zugleich ist die Durchführung einer solchen Prozess- oder Qualitätskontrolle über eine externe Kamera oder einen externen Scanner erforderlich, was einerseits einen zusätzlichen erforderlichen Bauraum für eine solche Kamera oder einen Scanner erfordert. Möglicherweise können auch Hinterschneidungen, die beim Herstellen der entsprechenden Mehrschicht-Komponente entstehen, eventuell nur mit einer zusätzlichen Mechanik überprüft werden, was wiederum die Kosten für die Überprüfung einer solchen hergestellten Komponente erhöht. Selbst bei Elementen, die für eine Kamera einsehbar sind, sind ermittelte Fehler nur mit einer geringen Toleranz korrigierbar.
Hiervon ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung der Aufgabe, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen einer Mehrschicht- Komponente zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrschicht- Komponente, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- Bilden einer Schicht der Mehrschicht-Komponente durch Beaufschlagen eines Schichtbildungsmaterials mit einem Schichtbildungsstrahl;
- Analysieren der gebildeten Schicht mittels eines Analysestrahls; und - Erzeugen zumindest einer weiteren Schicht der Mehrschicht-Komponente durch Beaufschlagen des Schichtbildungsmaterials mit einem weiteren Schichtbildungsstrahl, um die Mehrschicht-Komponente herzustellen.
Unter einer Mehrschicht-Komponente kann beispielsweise ein Element verstanden werden, welches lagenweise oder schichtweise hergestellt wird oder wurde, wie dies beispielsweise bei einem Bekannten Rapid-Prototyping der Fall ist. Hierbei werden einzelne Lagen beziehungsweise Schichten der Mehrschicht-Komponente beispielsweise durch das Beaufschlagen, wie ein Belichten oder Erhitzen eines pulverförmigen oder flüssigen Schichtbildungsmaterials (beispielsweise eines Metallpulvers oder eines viskosen Harzes oder Kunststoffs) hergestellt. Unter einem Beaufschlagen kann verstanden werden, dass das Schichtbildungsmaterial dem Schichtbildungsstrahl ausgesetzt wird und eine Wirkung in dem Schichtbildungsmaterial erzeugt. Beispielsweise kann das Beaufschlagen, ein Belichten oder Erhitzen des Schichtbildungsmaterials bewirken und Partikel diees Materials miteinander verbinden. Das Beaufschlagen kann beispielsweise unter Verwendung des Schichtbildungsstrahls wie beispielsweise eines Laserstrahls, eines Infrarot-Lichtstrahls und/oder eines Ultraviolett-Licht-Strahls erfolgen, wodurch eine sehr feinkörnige Strukturierung der Schicht aus dem Schichtbildungsmaterial ermöglicht wird. Unter einem Analysestrahl kann beispielsweise ebenfalls ein Laserstrahl, ein Infrarot- Lichtstrahl und/oder ein Ultraviolett-Licht-Strahl verstanden werden. Beispielsweise können auch der Analysestrahl und der Schichtbildungsstrahl physikalisch abweichende oder zumindest nur teilwise gleiche Eigenschaften haben, jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgegeben werden und somit für das Bilden der Schicht bzw. das Analysieren der gebildeten Schicht verwendet werden. Unter einer weiteren Schicht kann eine sich von der Schicht unterscheidende Lage bzw. Schicht der Mehrschicht- Komponente verstanden werden, die beispielsweise eine andere Strukturierung als die Schicht der Mehrschicht-Komponente aufweist.
Der hier vorgeschlagene Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass eine verbesserte Herstellung eines einer Mehrschicht-Komponente dadurch erreicht werden kann, dass zuerst eine Schicht gebildet wird, diese analysiert wird und hierauf ansprechend eine weitere Schicht auf der Schicht erzeugt wird. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht die Erkennung und möglicherweise die Behebung von Fehlern, die beim Bilden der Schicht entstanden sind, sodass in der Folge eine Möglichkeit besteht, die Mehrschicht- Komponente fehlerfrei herzustellen. Auf diese Weise lässt sich vorteilhafterweise eine Ausschuss-Rate bei der Herstellung der Mehrschicht-Komponente erreichen. Günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansaztes, bei dem im Schritt des Bildens ein Schichtbildungsstrahl verwendet wird, der von einem Strahlbildungselement gebildet wird, das auch den im Schritt des Analysierens verwendeten Analysestrahl bildet und/oder wobei im Schritt des Analsysierens eine Strahlweiche im Strahlengang des Analysestrahls verwendet wird, um den Analysestrahl auf die gebildete Schicht zu lenken und einen von der gebildeten Schicht reflektierten Anteil des Analysestrahls auf einen Detektor zu lenken. Unter einem Strahl Bildungselement kann beispielsweise eine Lichtquelle wie eine Laserdiode oder dergleichen verstanden werden. Unter einer Strahlweiche kann beispielsweise ein halb- oder teildurchlässiger Spiegel verstanden werden, der einen Lichtstrahl, der in einer ersten Richtung auf die Strahlweiche eintrifft, umgelenkt und einen Lichtstrahl, der aus einer anderen Richtung auf die Strahlweiche eintrifft passieren lässt. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, den hier vorgestellten Ansatz mit einer geringen Anzahl von technischen Bauelementen und/oder einem geringen erforderlichen Bauraum realisieren zu können. Verlauf der Weise können für unterschiedliche Schritte erforderliche Baugruppen zusätzlich zur Realisierung von anderen Schritten eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Bildens der Schichtbildungsstrahl in einem Bewegungsweg durch das Schichtbildungsmaterial geführt wird, wobei im Schritt des Analysierens der Analysestrahl zumindest teilweise, insbesondere vollständig in dem Bewegungsweg über die gebildete Schicht geführt wird, um die gebildete Schicht zu analysieren. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, durch den zumindest abschnittsweise gleichen Bewegungsweg des Schichtbildungsstrahls als auch des Analysestrahls sehr schnell und zuverlässig die gebildete Schicht analysieren zu können. Es kann somit vermieden werden, Bereiche im Schichtbildungsmaterial zu analysieren, die nicht von dem Schichtbildungsstrahl erfasst wurden.
Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Analysierens die gebildete Schicht mit einem erwarteten Schichtmuster vergleichen wird, um einen Fehler in der im Schritt des Bildens gebildeten Schicht zu erkennen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, die gebildete Schicht direkt nach dem Bilden (und vor einem Erzeugen einer weiteren Schicht) analysieren zu können, wobei durch die Verwendung eines erwarteten Schichtmusters die Strukturierung der gebildeten Schicht sehr genau und präzise analysiert werden kann. Auf diese Weise lassen sich bereits in einem sehr frühen Herstellungsstadium mögliche Fehler in einer Schicht der Mehrschicht-Komponente erkennen. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei dem nach dem Schritt des Analysierens und vor dem Schritt des Erzeugens ein Schritt des Nachbearbeitens der Schicht ausgeführt wird, wenn im Schritt des Analysierens eine Abweichung der im Schritt des Bildens gebildeten Schicht von dem erwarteten Schichtmuster erkannt wird, insbesondere wobei im Schitt des Nachbearbeitens ein Beaufschlagen der Schicht und/oder des Schichtbildungsmaterials mit dem Schichtbildungsstrahl erfolgt, um den Fehler in der gebildeten Schicht zu beheben. In einem Schritt des Nachbearbeitens der Schicht kann beispielsweise die Schicht oder ein Teil der Schicht nochmals mit dem Schichtbildungsstrahl beaufschlagt, beispielsweise beleuchtet werden, sodass mögliche Fehler bei der Bildung der Schicht behoben werden können. Beispielsweise kann ein Verschmelzen oder Aushärten von bestimmten Partikeln des Schichtbildungsmaterials durch das Nachbearbeiten der Schicht mittels dem erneuten Beaufschlagen des Schichtbildungsmaterials mit dem Schichtbildungsstrahl in einem bestimmten Bereich der Schicht sichergestellt werden, in dem die betreffenden Partikel bei einem ersten Beaufschlagen möglicherweise noch nicht verschmolzen oder ausgewertet wurden. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Qualität der Mehrschicht- Komponente bereits bei der Ausbildung der einzelnen Schichten sicherstellen, sodass eine Ausschuss-Rate bei der Herstellung der Mehrschicht-Komponente sehr gering gehalten werden kann.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der der Schritt des Erzeugens erst dann nach dem Schritt des Analysierens ausgeführt wird, wenn in dem Schritt des Analysierens erkannt wurde, dass die Schicht fehlerfrei gebildet wurde. Gerade hierdurch lässt sich eine schichtweise Analyse der Qualität bei der Ausbildung der unterschiedlichen Schichten der Mehrschicht-Komponente sicherstellen.
Technisch sehr einfach umzusetzen ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der in dem Schritt des Bildens die Schicht und im Schritt des Erzeugens die weitere Schicht der Mehrschicht-Komponente aus einem pulverförmigen oder flüssigen Schichtbildungsmaterial gebildet oder erzeugt wird und/oder bei der ein Laserstrahl und/oder ein Infrarot-Lichtstrahl und/oder ein Ultraviolett-Licht-Strahl im Schritt des Bildens und/oder im Schritt des Erzeugens als Schichtbildungsstrahl oder im Schritt des Analysierens als Analysestrahl verwendet wird. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes können die Schritte des Verfahrens zyklisch wiederholt ausgeführt werden, um die Mehrschicht-Komponente herzustellen. Auf diese Weise lassen sich Mehrschicht- Komponenten hersteilen, die ein sehr hohes Maß an Qualität bzw. an Präzision und Fehlerfreiheit aufweisen.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einiesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einiesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild einer Herstellungsvorrichtung einer Mehrschicht- Komponente mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 mehrere Darstellungen unterschiedlicher Stadien bei der Herstellung einer Mehrschicht-Komponente in Verbindung mit Schritten eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Mehrschicht- Komponente gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Herstellungsvorrichtung 100 zur Herstellung einer Mehrschicht-Komponente 105. Diese Mehrschicht-Komponente 105 kann durch einen schichtweisen Aufbau hergestellt werden, beispielsweise indem zur Bildung einer (ersten) Schicht 1 10 ein Schichtbildungsstrahl 1 15 von einer Strahlquelle 120 (die auch als Strahlbildungselement bezeichnet werden kann) ausgesandt wird, an einer Strahlweiche 125 umgelenkt und auf einen Scanner 130 geführt wird. Der Scanner 130 kann beispielsweise mit einem Spiegel 135 den Schichtbildungsstrahl 1 15 ablenken und durch eine Optikeinheit 140 und eine Scheibe 142 auf eine Oberfläche eines in einem Schichtbildungsmaterialbehälter 145 befindlichen Schichtbildungsmaterials 150 führen. Das Schichtbildungsmaterial 150 bzw. der Schichtbildungsmaterialbehälter 145 können zur Vermeidung oder Reduktion von Verschmutzungen oder Fehlern bei der Bildung der Schicht 1 10 in einem gegen eine Außenumgebung hermetisch abgedichteten Gehäuse 152 angeordnet sein.
Das Schichtbildungsmaterial 150 kann beispielsweise ein pulverförmiges Material oder ein flüssiges Material sein. Denkbar ist beispielsweise, dass sich bei dem Schichtbildungs¬ material 150 um ein Metallpulver oder ein flüssiges Kunststoffmaterial handelt, welches durch den Schichtbildungsstrahl 1 15, der beispielsweise als Laserstrahl. Infrarot- Lichtstrahl und/oder Ultraviolett-Licht-Strahl implementiert ist, erhitzt wird, sodass Partikel des Schichtbildungsmaterials 150 an denjenigen Stellen miteinander verblieben oder sich fest verwenden, an denen es von dem Schichtbildungsstrahl 1 15 beaufschlagt bzw. beleuchtet oder erhitzt wird. Die Strukturierung einer (ersten) Schicht 1 10 aus dem Schichtbildungsaterial 150 erreichen. Hierzu kann der Scanner 130 den Spiegel 135 derart auslenken, dass der Schichtbildungs-strahl 1 15 zweidimensional über unterschiedliche Bereiche der Oberfläche des Schichtbildungsstrahl Materials 150 überstreichen kann.
In einer herkömmlichen Herstellungsvorrichtung zur Herstellung der Mehrschicht- Komponente 105 wird nun beispielsweise durch ein Förderelement 155, welches sich im oder unter dem Schichtbildungsmaterialbehälter 145 befindet, die (erste) Schicht 1 10 abgesenkt, sodass weiteres Schichtbildungsmaterial 150 über die (erste) Schicht 1 10 strömen kann. Durch ein erneutes Beaufschlagen dieses nun auf die (erste) Schicht 1 10 geströmten weiteren Schichtbildungsmaterials 150 mit einem Schichtbildungsstrahl 1 15 entsprechend der vorstehend genannten Beschreibung ließe sich nun auf analoge Weise zur Bildung der (ersten) Schicht 1 10 eine weitere Schicht 160 erzeugen. Denkbar ist auch noch, dass die vorstehend beschriebene Vorgehensweise zyklisch wiederholt wird, um noch weitere Schichten der Mehrschicht-Komponente 105 zu bilden oder zu erzeugen. Auf diese Weise kann nun die Mehrschicht-Komponente 105 schichtweise zusammengesetzt bzw. hergestellt werden. Problematisch ist nun jedoch, dass einem Auftreten von Fehlern bei der Bildung oder Herstellung der einzelnen Schichten 1 10 bzw. 160 ein solcher aufgetretener Fehler nur mit hohem Aufwand erkannt geschweige denn repariert werden kann. An dieser Stelle setzt der hier vorgeschlagene Ansatz an.
Gemäß der dem hier vorgeschlagenen Ansatz erfolgt nach dem Bilden der (ersten) Schicht 1 10 ein Analysieren dieser gebildeten (ersten) Schicht 1 10, um beispielsweise Fehler bei der Bildung dieser Schicht 1 10 erkennen zu können. Hierzu kann beispielsweise von der Strahlquelle 120 ein Analysestrahl 165 ausgesandt werden, wobei dieser Analysestrahl 165 beispielsweise ebenfalls ein Laserstrahl Infrarot-Lichtstrahl und/oder ein Ultraviolett-Licht-Strahl sein kann. Dabei kann dieser Analysestrahl 165 beispielsweise auch eine schwächere Intensität oder eine andere Wellenlänge aufweisen, um nicht die Wirkung im Schichtbildungsmaterial 150 bzw. der Schicht 1 10 hervorruft, die durch den Schichtbildungsstrahl 1 15 erzeugt. Der Analysestrahl 165 kann jedoch in den gleichen Strahlengang wie der Schichtbildungsstrahl 1 15 eingekoppelt werden, sodass dieser Analysestrahl 165 ebenfalls an der Strahlweiche 125 umgelenkt und auf den Spiegel 135 des Scanners 130 gerichtet wird. Wird nun durch den Scanner 130 der Spiegel 135 so angesteuert, dass der Analysestrahl 165 in einem gleichen Bewegungsweg über die erste Schicht 1 10 geführt wird, kann dies dazu führen, dass an Partikeln der ersten Schicht 1 10 ein Teil 165' des Analysestrahls 165 reflektiert wird und über die Optikeinheit und den Spiegel 135 des Scanners 130 auf die Strahlweiche 125 zurückgeworfen wird. Die Strahlweiche 125 kann beispielsweise als dichromatischer oder teildurchlässiger Spiegel ausgeführt sein, wobei dann der reflektierte Teil 165' des Analysestrahls 165 objektiv 170 auf einen Sensor 175 geführt wird. Vom Sensor 175 kann dann ein entsprechendes Signal 180 ausgegeben werden, welches zur Erkennung von Fehlern in der ersten Schicht 1 10 ausgeliefert werden kann. Beispielsweise kann das Signal 180 ein tatsächliches Strukturierungsmuster der ersten Schicht 1 10 abbilden, welches aus diesem Signal 180 extrahiert und mit einem erwarteten
Strukturierungsmuster verglichen wird, wobei eine Abweichung des tatsächlichen Strukturierungsmusters der ersten Schicht von einem erwarteten Strukturierungsmuster für die erste Schicht 1 10 ein Fehler bei dem Bilden der ersten Schicht 1 10 erkannt wird. Hierdurch wird es vorteilhaft möglich, einen bei dem Bilden der Schicht 1 10 (wie natürlich beispielsweise auch in den anderen Schichten wie der weiteren Schicht 160) aufgetretene Fehler zu erkennen, sondern auch zu korrigieren. Hierzu kann beispielsweise die Lichtquelle 120 erneut angesteuert werden, um den
Schichtbildungsstrahl 1 15 auszugeben, der dann durch entsprechende Ansteuerung des Spiegels 135 des Scanners 130 an denjenigen Stellen der ersten Schicht 1 10 gelenkt wird, die als fehlerhaft strukturiert erkannt wurden. Erst wenn beispielsweise die erste Schicht 1 10 als fehlerfrei gebildet erkannt wurde, kann in einem nachfolgenden Schritt die weitere Schicht 160 erzeugt werden, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Natürlich kann auch die weitere Schicht 160 in einem erneut ausgeführten Schritt des Analysierens auf das Vorhandensein von bei der Erzeugung aufgetreten Fehlern realisiert werden und gegebenenfalls diese, in der weiteren Schicht 160 aufgetretenen Fehler möglicherweise korrigiert werden. Die Vorgehensweise bzw. das Verfahren gemäß einem hier vorgestellten Ansatz oder Ausführungsbeispiel kann in diesem Zusammenhang von einer entsprechenden Vorrichtung 185 gesteuert werden. Beispielsweise kann in einer Bildungseinheit 187 die Strahlquelle 120 und der Scanner 130 derart angesteuert werden, dass die Schicht 1 10 unter Verwendung des Schichtbildungsstrahls 1 15 gebildet wird. Nachfolgend kann beispielsweise in einer Analyseeinheit 190 ebenfalls die Strahlquelle 120 sowie der Scanner 130 angesteuert werden, um den Analysestrahl 165 auf die Schicht 1 10 zu lenken, um einen Teil 165' des Analysestrahls 165 über die Strahlweiche 125, das Objektiv 170 und dem Sensor 175 zu empfangen, ein entsprechendes Signal 180 auf das Vorhandensein eines oder mehrerer Fehler in der Struktur der Schicht 1 10 auswerten zu können. Wird durch die Analyseeinheit 190 beispielsweise kein Fehler in der Struktur der Schicht 1 10 erkannt, kann in einer Erzeugungseinheit 195 ebenfalls wieder die Strahlungsquelle 120 sowie der Scanner 130 angesteuert werden, um unter Verwendung eines weiteren Schichtbildungsstrahl 1 15 die weitere Schicht 160 (auf der Schicht 1 10) herzustellen.
Figur 2 zeigt schematisch in mehreren Teilfiguren das Vorgehen gemäß einzelnen Schritten eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Verfahrens. Zunächst wird, in der Figur 2A dargestellt ist, von der Flerstellungsvorrichtung 100, die beispielsweise auch als MMT (MMD = Micro Maschining Tool = engl. Microherstellungswerkzeug) bezeichnet werden kann, ein Schichtbildungsstrahl 1 15 auf das Schichtbildungsmaterial 150 gelenkt, um eine Struktur, die gemäß der Abbildung in der Figur 2A sternförmig ist, als erste Schicht 1 10 zu bilden.
Wie in der Figur 2A dargestellt ist, treten bei der Bildung der ersten Schicht 1 10 Fehler auf, derart, dass sich das Schichtbildungsmaterial 145 in Bereichen 200 durch das Beaufschlagen mit dem Schichtbildungsstrahl 1 15 verwendet. Hierdurch würden Poren oder Löcher als Fehlstellen in der ersten Schicht 1 10 auftreten, wenn direkt auf die so hergestellte erste Schicht 1 10 nun die weitere Schicht 160 erzeugt wird.
Zur Vermeidung von solchen Fehlern wird nun entsprechend der Darstellung aus Figur 2B gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes in einem nachfolgenden Schritt des Analysierens nun von der Flerstellungsvorrichtung 100 aus ein Analysestrahl 165 auf die Struktur der ersten Schicht 1 10 gelenkt und der reflektierte Teil 165' des Analysestrahls 165 ausgewertet, um die Lage und Anzahl der Bereiche 200 zu identifizieren, an welchen die Fehler in der Form der Poren, Löcher oder Fehlstellen liegen. In der Figur 2C ist nochmal die Struktur der ersten Schicht 1 10 in der Form eines Sterns mit den Löchern oder Fehlstellen in den entsprechenden Bereichen 200 dargestellt.
Um nun eine möglichst fehlerfreie Mehrschicht-Komponente hersteilen zu können, wird nun entsprechend der Darstellung aus der Figur 2D von der Herstellungsvorrichtung 100 nochmals ein Schichtbildungsstrahl 1 15, beispielsweise die Bereiche 200 ausgesandt, in denen die Löcher bzw. Fehlstellen der ersten Schicht 1 10 erkannt wurden. Auf diese Weise kann durch ein solches Nachbearbeiten eine Verbindung von Partikeln des Schichtbildungsmaterials 145 durch ein nochmaliges Beaufschlagen des Schichtbildungsmaterials 145 durch den Schichtbildungsstrahl 1 15 erreicht werden, sodass die Fehler in der ersten Schicht 1 10 repariert werden können.
Denkbar ist ferner nochmal das Ausführen eines Schritts des Analysierens durch die Herstellungsvorrichtung 100 entsprechend der Darstellung aus Figur 2E, wodurch beispielsweise nochmals ein Analysestrahl 165 auf die Struktur der ersten Schicht 1 10 gelenkt wird und ein reflektierter Teil 165' des Analysestrahls 165 ausgewertet wird, sodass nun beispielsweise erkannt werden, dass die sternförmige Struktur der ersten Schicht 1 10 nun fehlerfrei gebildet wurde.
Figur 2F zeigt nun die fehlerfreie gebildete sternförmige Struktur der ersten Schicht 1 10. Hierauf folgend kann nun beispielsweise die in der Figur 1 dargestellte weitere Schicht 160 auf die erste Schicht 1 10 erzeugt werden, wobei nun beispielsweise ebenfalls wieder eine Analyse und gegebenenfalls eine Korrektur Fehler der erzeugten weiteren Schicht vorgenommen werden kann, wie dies exemplarisch anhand der in den Figuren 2A bis 2F dargestellten Vorgehensweise beschrieben wurde.
Figur 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren 300 zum Herstellen einer Mehrschicht-Komponente. Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 310 des Bildens einer Schicht der Mehrschicht- Komponenten durch Beaufschlagen eines Schichtbildungsmaterials mit einem Schichtbildungsstrahl. Ferner umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 320 des Analysierens der gebildeten Schicht mittels eines Analysestrahls und einen Schritt 330 des Erzeugens zumindest einer weiteren Schicht der Mehrschicht-Komponente durch Beaufschlagen des Schichtbildungsmaterials mit einem weiteren Schichtbildungsstrahl, um die Mehrschicht-Komponente herzustellen. Zusammenfassend ist anzumerken, dass durch ein oder mehrere Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes in einem 3D-Druckprozess eine integrierte Drucküberwachung durch das optische System der Lasereinheit (Scanner + Objektjv) erfolgen kann. Die Schicht 1 10 kann beispielsweise mit Laser gedruckt werden, wobei der Scanner 130 fährt mit Kamera die gleiche Bahn bzw. den gleichen Bewegungsweg abfährt wie bei der Belichtung der Schicht 1 10. Hierdurch kann eine Bilverarbeitung sehr vereinfacht werden. Zugleich kann auch eine Bildanalyse ausgeführt werden und bei möglichen Fehlstellen oder Poren eine Korrektur eingeleitet werden. Die hier beschriebenen Schritte können bis zur vollständigen Bauteilfertigstellung wiederholt werden. Es kann somit durch die direkte Anslyse der gebildeten bzw. erzeugten Schichten eine schrittweise Aufnahme entstehen, sodass ein Tomografie-Model der Mehrschicht-Kompüonente für eine Endprüfung bereitgestellt werden kann.
Zugleich braucht mit dem hier vorgestellten Ansatz keine externe Strahlquelle bzw. Optikeinheit verwendet werden, da durch die gemeinsame Nutzung des Strahlengangs für die Bereitstellung des Schichtbildungsstrahls und des Analysestrahls sowohl Bauraum als auch Kosten gespart werden können. Zugleich kann eine hochauflösende Tomographie (beispielsweise eine CT) nach dem Druck entfallen, durch die dann auch keine Korrekturen mehr an den einzelnen Schichten möglich wären. Der hier vorgestellte Ansatz bietet daher Vorteile durch das Vorsehen eines Prozesses mit Inline- Überwachung, sodass keine weitere Prüfung notwendig ist und eine höhere und stabile Qualität erreichbar ist. Zugleich fallen keine enormen Kosten durch Fehlteile bzw. Ausschuss an, d. h. in Bezug auf eine erforderliche Zeit und ein aufzuwendendes Material für die Herstellung der Mehrschicht-Komponent. Ferner kann durch die Dokumentation der Analyseergebnisse pro Schicht auch eine Tomografie als Qualitätsnachweis für Kunden bereitgestellt werden. Es ist daher auch keine externe Prozessüberwachung erforderlich, da eine entsprechende Prozessüberwachung bereits bei der Herstellung dser Komponente integriert ist.
In einzelnen Ausführungsbeispielen kann daher zunächst ein laserbasiertes Drucken erfolgen, gefolgt von einem. Bildscan und einer Analyse. Hiernach kann dann eine eventuelle Korrektur (biespielsweise ein Nachdrucken von Strukturen erfolgen, worauf wiederum ein Bildscan und eine Analyse ausgeführt werden kann.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder" -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren (300) zum Herstellen einer Mehrschicht-Komponente (105), wobei das Verfahren (300) die folgenden Schritte aufweist:
Bilden (310) einer Schicht (1 10) der Mehrschicht-Komponente (105) durch Beaufschlagen eines Schichtbildungsmaterials (150) mit einem Schichtbildungsstrahl (1 15);
Analysieren (320) der gebildeten Schicht (1 10) mittels eines Analysestrahls (1 15); und
Erzeugen (330) zumindest einer weiteren Schicht (160) der Mehrschicht- Komponente (105) durch Beaufschlagen des Schichtbildungsmaterials (150) mit einem weiteren Schichtbildungsstrahl (1 15), um die Mehrschicht-Komponente (105) herzustellen.
2. Verfahren (300) gemäß Anspruch 1 , bei dem im Schritt (310) des Bildens ein Schichtbildungsstrahl (1 15) verwendet wird, der von einem Strahlbildungselement (120) gebildet wird, das auch den im Schritt (320) des Analysierens verwendeten Analysestrahl (165) bildet und/oder wobei im Schritt (320) des Analysierens eine Strahlweiche (125) im Strahlengang des Analysestrahls (165) verwendet wird, um den Analysestrahl (165) auf die gebildete Schicht (1 10) zu lenken und einen von der gebildeten Schicht (1 10) reflektierten Anteil (165') des Analysestrahls (165) auf einen Detektor (175) zu lenken.
3. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Bildens der Schichtbildungsstrahl in einem Bewegungsweg durch das Schichtbildungsmaterial geführt wird, wobei im Schritt des Analysierens der Analysestrahl zumindest teilweise in dem Bewegungsweg über die gebildete Schicht geführt wird, um die gebildete Schicht zu analysieren.
4. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (320) des Analysierens die gebildete Schicht (1 10) mit einem erwarteten Schichtmuster vergleichen wird, um einen Fehler in der im Schritt (310) des Bildens gebildeten Schicht (1 10) zu erkennen.
5. Verfahren (300) gemäß Anspruch 4, bei dem nach dem Schritt (320) des Analysierens und vor dem Schritt (330) des Erzeugens ein Schritt des Nachbearbeitens der Schicht (1 10) ausgeführt wird, wenn im Schritt (320) des Analysierens eine Abweichung der im Schritt (310) des Bildens gebildeten Schicht (1 10) von dem erwarteten Schichtmuster erkannt wird.
6. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Schritt des Erzeugens erst dann nach dem Schritt des Analysierens ausgeführt wird, wenn in dem Schritt des Analysierens erkannt wurde, dass die Schicht fehlerfrei gebildet wurde.
7. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem in dem Schritt (310) des Bildens die Schicht (1 10) und im Schritt (330) des Erzeugens die weitere Schicht (160) der Mehrschicht-Komponente (105) aus einem pulverförmigen oder flüssigen Schichtbildungsmaterial (150) gebildet oder erzeugt wird und/oder bei dem ein Laserstrahl und/oder ein Infrarot-Lichtstrahl und/oder ein Ultraviolett-Licht-Strahl im Schritt (310) des Bildens und/oder im Schritt (330) des Erzeugens als Schichtbildungsstrahl (1 15) oder im Schritt (320) des Analysierens als Analysestrahl (165) verwendet wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Schritte des Verfahrens zyklisch wiederholt ausgeführt werden, um die Mehrschicht- Komponente herzustellen.
9. Vorrichtung (185) zur Herstellung einer Mehrschicht-Komponente (105), wobei die Vorrichtung (100) eine Bildungseinheit (187), eine Analyseeinheit (190) und eine Erzeugungseinheit (195) aufweist, die ausgebildet sind, um die Schritte (310, 320, 330) des Verfahrens (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8 auszuführen und/oder anzusteuern.
10. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuern, wenn das Computerprogramm auf einer Vorrichtung (185) ausgeführt wird.
1 1 . Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
PCT/EP2019/064047 2018-06-11 2019-05-29 Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer mehrschicht-komponente WO2019238429A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018113862.8 2018-06-11
DE102018113862.8A DE102018113862A1 (de) 2018-06-11 2018-06-11 Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Mehrschicht-Komponente

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019238429A1 true WO2019238429A1 (de) 2019-12-19

Family

ID=66690368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/064047 WO2019238429A1 (de) 2018-06-11 2019-05-29 Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer mehrschicht-komponente

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018113862A1 (de)
WO (1) WO2019238429A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2587547A1 (de) 2011-10-24 2013-05-01 Applied Materials Italia Srl Verfahren zur geschlossenen Rückkopplungsregelung des Druckens eines mehrschichtigen Musters einer Solarzelle
DE102012221218A1 (de) * 2011-11-22 2013-05-23 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Vorrichtung zur Qualitätssicherung von mittels Laserstrahlbearbeitung hergestellten Produkten
WO2015040433A2 (en) * 2013-09-23 2015-03-26 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and method
EP3269535A1 (de) * 2015-03-12 2018-01-17 Nikon Corporation Vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen formkörpers und verfahren zur herstellung einer struktur
EP3323617A1 (de) * 2016-11-07 2018-05-23 General Electric Company Verfahren und system zur röntgenstrahlrückstreuungsprüfung von generativ gefertigten teilen

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0781989A1 (de) * 1995-12-28 1997-07-02 The Procter & Gamble Company Verfahren zur Prüfung eines mehrschichtigen Materials
DE102005006231B4 (de) * 2005-02-10 2007-09-20 Ovd Kinegram Ag Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkörpers

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2587547A1 (de) 2011-10-24 2013-05-01 Applied Materials Italia Srl Verfahren zur geschlossenen Rückkopplungsregelung des Druckens eines mehrschichtigen Musters einer Solarzelle
DE102012221218A1 (de) * 2011-11-22 2013-05-23 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Vorrichtung zur Qualitätssicherung von mittels Laserstrahlbearbeitung hergestellten Produkten
WO2015040433A2 (en) * 2013-09-23 2015-03-26 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and method
EP3269535A1 (de) * 2015-03-12 2018-01-17 Nikon Corporation Vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen formkörpers und verfahren zur herstellung einer struktur
EP3323617A1 (de) * 2016-11-07 2018-05-23 General Electric Company Verfahren und system zur röntgenstrahlrückstreuungsprüfung von generativ gefertigten teilen

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018113862A1 (de) 2019-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3285943B1 (de) Verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen bauteils
DE112007001360B4 (de) Stent-Inspektionssystem
DE102013208651A1 (de) Verfahren zum automatischen Kalibrieren einer Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102016201289A1 (de) Verfahren zur additiven Herstellung und Vorrichtung
DE102015212837A1 (de) Verfahren zur Überwachung eines Prozesses zur pulverbettbasierten additiven Herstellung eines Bauteils und Anlage, die für ein solches Verfahren geeignet ist
EP2989514A1 (de) Optimierung eines fertigungsprozesses
DE102005046581A1 (de) Einrichtung und Verfahren zum Messen von Eigenschaften von Multisegmentfiltern oder Zusammenstellungen von Filtersegmenten
DE102016201290A1 (de) Verfahren zur Qualitätssicherung und Vorrichtung
WO2018211010A1 (de) Verfahren sowie system zum vorbereiten eines drucks eines dreidimensionalen bauteils
DE102020200486A1 (de) Präzise Registrierung von Bildern für die Montagevalidierung
EP3362835B1 (de) Belichteroptik und vorrichtung zum herstellen eines dreidimensionalen objekts
DE102015224395A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in Schichtbauweise, Verwendung einer Erfassungseinrichtung in einem Schichtbauverfahren
DE102017210994A1 (de) Messsystem für eine Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE10257567B4 (de) Verfahren und Computerprogramm und computerlesbares Medium zum computergesteuerten Auftragen von Kleberaupen auf ein Bauteil
EP3012619A1 (de) Verfahren zur bestimmung eines lokalen brechwerts und vorrichtung hierfür
DE102016222210A1 (de) Verfahren für die additive Herstellung mit Kennzeichnung einer Bauplattform durch Referenzpunkte
WO2018019567A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der bauteilqualität
WO2019238429A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer mehrschicht-komponente
EP3676675B1 (de) Verfahren für den additiven aufbau einer struktur und computerprogrammprodukt
DE102016207059A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils
DE102016218951A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur generativen Fertigung von Bauteilen auf einer Grundplatte mit Oberflächentopologie
AT501045B1 (de) Vorrichtung zum gravieren
EP3335856B1 (de) Belichtungseinrichtung für eine vorrichtung zur additiven herstellung dreidimensionaler objekte
DE102020118492A1 (de) System und Verfahren zum additiven Fertigen von Bauteilen
DE102020210974A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln von Defekten während eines Oberflächenmodifizierungsverfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19728028

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19728028

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1