WO2020099402A1 - Verbessertes kalibrierverfahren für eine anlage zum pulverbettbasierten generieren von dreidimensionalen bauteilen mittels elektromagnetischer strahlung - Google Patents

Verbessertes kalibrierverfahren für eine anlage zum pulverbettbasierten generieren von dreidimensionalen bauteilen mittels elektromagnetischer strahlung Download PDF

Info

Publication number
WO2020099402A1
WO2020099402A1 PCT/EP2019/081020 EP2019081020W WO2020099402A1 WO 2020099402 A1 WO2020099402 A1 WO 2020099402A1 EP 2019081020 W EP2019081020 W EP 2019081020W WO 2020099402 A1 WO2020099402 A1 WO 2020099402A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
beam source
deflection unit
reference mark
source deflection
calibration
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/081020
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yves-Christian Hagedorn
Andreas Görres
Lutz Lübbert
Hendrik Blom
Original Assignee
Aconity 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 Aconity Gmbh filed Critical Aconity Gmbh
Priority to EP19805190.6A priority Critical patent/EP3880392A1/de
Priority to US17/292,976 priority patent/US20220024122A1/en
Publication of WO2020099402A1 publication Critical patent/WO2020099402A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • B22F10/31—Calibration of process steps or apparatus settings, e.g. before or during manufacturing
    • 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
    • B22F12/22—Driving means
    • B22F12/222—Driving means for motion along a direction orthogonal to the plane of a layer
    • 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
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • 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
    • B22F12/45—Two or more
    • 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
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/232—Driving means for motion along the axis orthogonal to the plane of a layer
    • 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
    • B29C64/245—Platforms or substrates
    • 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
    • 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
    • B29C64/286—Optical filters, e.g. masks
    • 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
    • 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
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • 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
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/32—Fiducial marks and measuring scales within the optical system
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49018—Laser sintering of powder in layers, selective laser sintering SLS
    • 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 invention relates to a calibration method for a system for powder-bed-based generation of three-dimensional components by means of electromagnetic radiation according to the preamble of claim 1.
  • Powder bed based laser beam melting is a form of
  • PBLS for which the term selective laser melting is also used, belongs to the group of generative ones
  • PBLS additive Manufacturing processes, which are also known as Additive Manufacturing (AM) processes.
  • AM Additive Manufacturing
  • PBLS is known for example from German patent DE 196 49 865 C1.
  • three-dimensional components can be manufactured informally, i.e. without tools or molds, and almost without any restrictions with regard to the geometric component complexity.
  • the aforementioned methods are to be distinguished in particular from selective laser sintering and from laser cladding.
  • components are produced in layers from an initially powdery material, in particular in the form of plastics or metals, which - unlike in the case of
  • Laser build-up welding - is provided in layers as a static powder bed and - unlike selective laser sintering - is completely melted and solidified without the addition of binders.
  • the components produced by means of these methods have mechanical properties which largely correspond to those of the base material or to those which have components which are produced from the base material by means of conventional methods.
  • Calibration methods are known, which are based on the burning of a test pattern into the powder. However, these methods are not suitable for performing a calibration within a construction job, since the scanned reference pattern coincides locally with the component in production and thus the quality of the component to be built can reduce.
  • This task is accomplished through a calibration procedure for a plant
  • an improved calibration method for a system for powder bed-based generation of three-dimensional components is achieved by means of
  • electromagnetic radiation in particular a PBLS system, with a
  • Beam source deflection unit which is designed in particular in a PBLS system as a laser scanner unit, and a liftable and lowerable carrier plate, above which a component is built, at least one virtual reference mark being used to calibrate the beam source deflection unit and a target-actual deviation between the virtual reference mark and a beam of the beam source deflection unit is determined by means of a detector, in that the at least one virtual reference mark is applied to a reference surface that can be moved vertically by means of the liftable and lowerable support plate and independently of whose vertical position is projected.
  • the reference surface can be moved vertically by means of the lifting and lowering support plate and can be formed by the support plate itself, by a construction platform arranged thereon or by construction material arranged thereon and also referred to as substrate, which is in particular in powder form or in an already solidified state.
  • the carrier plate forms the movable floor of a
  • Component container which adjoins the working level with an upper opening opposite the floor and extends below the working level.
  • the carrier plate is fitted and movable in the manner of a piston within the side wall of the container running at right angles to the floor, in order to be able to be lowered step by step in relation to the working plane.
  • a drive for example in the form of an electromechanical lifting cylinder,
  • the carrier plate can be raised or lowered within the component container and beyond. As soon as the construction platform is provided, this is carried by the carrier plate and is arranged thereon, for example placed on or releasably fastened, in particular screwed or braced.
  • the construction platform can be formed, for example, by a substrate plate, from which the finished component has to be separated, or a preform, which becomes part of the component.
  • the at least one virtual reference mark is advantageously projected onto the reference surface, regardless of the vertical position of the reference surface and thus in particular regardless of whether the reference surface is below, above or in a working plane of the system for generating powder bed-based
  • the at least one virtual reference mark is projected onto the reference surface while it is located outside, that is to say below or above, the working level of the system for generating powder-bed-based three-dimensional components by means of electromagnetic radiation. Since the reference mark is virtual and therefore not physically present within the building chamber, its geometry can be adapted to the one to be calibrated
  • Adapt the application for example, enlarge, reduce or distort, whereby a calibration of the beam source deflection units is no longer necessary exclusively with respect to the working plane. It is also conceivable to generate a virtual reference geometry which comprises several such reference marks, the reference marks being able to be generated and detected simultaneously or sequentially.
  • the beam source deflection unit comprises a beam source for generating
  • Emitting electromagnetic rays in particular a laser beam source in the case of a PBLS system, by means of which the beam, in particular the laser beam, is generated and emitted, and a deflection unit, by means of which the beam is propagated with respect to its direction of propagation, in particular by means of preferably movable deflecting mirrors ( n), and with regard to its lateral extent, in particular by means of preferably movable focusing lens (s).
  • a laser beam source in the case of a PBLS system
  • a deflection unit by means of which the beam is propagated with respect to its direction of propagation, in particular by means of preferably movable deflecting mirrors ( n), and with regard to its lateral extent, in particular by means of preferably movable focusing lens (s).
  • Beam source deflection unit can be moved in the horizontal and / or vertical direction and thus enables the relative position and in particular the distance between the reference surface and the beam source deflection unit.
  • the calibration can thus take place independently of the working plane or a beam of the beam source deflection unit can be generated which is deliberately not focused.
  • the beam strikes the preferably flat reference surface, its lateral extent there can be detected by the detector as a cross-sectional surface.
  • a beam that strikes a flat reference surface extending at right angles to the beam has a round one in this reference surface or projection surface
  • Cross-sectional areas deviating cross-sectional area and a reference point representing this deviating area are used to determine the target / actual deviation and can be used, for example, by a control unit of the system for generating powder bed-based
  • the deflection unit enables the beam, in particular the laser beam, also referred to as scanning or scanning, to be guided over a powder layer for thermal manipulation, preferably melting, of the same.
  • the beam generated by the beam source can also be directed past the deflection unit directly onto the construction platform or powder there.
  • Productivity can be increased by using several beam source deflection units, which then form a multi-deflection unit system, in a multi-scanner system.
  • the beam source deflection units can be moved individually or together in the horizontal and / or vertical direction and thus make it possible to set the relative position and, in particular, the distance between the reference surface and the beam source deflection units.
  • the calibration can thus take place independently of the working plane or a beam of a beam source deflection unit can be generated which is deliberately not focused.
  • so-called 3D laser scanner units which are characterized by a very compact design, are used in PBLS systems.
  • the respective 3D laser scanner unit has at least one movable focusing lens, which is followed by at least one deflection mirror in the beam path, and allows for each individual laser scanner unit a larger detection area with comparable focus sizes compared to a 2D laser scanner unit, in which one static focusing lens in the beam path after the last one
  • Deflecting mirror is arranged.
  • the combination of at least two 3D laser scanner units in a compact housing allows the beam outputs of the laser scanner units to be selected particularly close to one another. This spatial proximity of the beam outputs of the laser scanner units allows the overlap field with small focus sizes of ⁇ 80 pm and large scan dynamics
  • the reference mark and / or reference geometry can be adapted particularly advantageously as a function of the material to be processed and in particular its reflectivity in the wavelength range and / or intensity range used to generate the reference mark and / or reference geometry in such a way that a
  • the method can therefore be used regardless of the material which forms the reference surface and its nature, such as, for example, powder versus solidified material or glossy versus matted surfaces. For example, with a matt surface and thus low reflectivity of the material to be processed, a reference mark in a first wavelength range and / or intensity range, in a
  • a reference mark is generated in a second wavelength range and / or intensity range that is different from the first.
  • an absolute reference mark is used as the virtual reference mark, in particular by one from the beam source deflection unit various equipment of the system for powder bed-based generation of three-dimensional components by means of electromagnetic radiation.
  • the device for generating the absolute reference mark can be arranged in a fixed or movable manner in or on the system for generating powder-bed-based three-dimensional components by means of electromagnetic radiation.
  • the device comprises one or more radiation source (s), which is / are in particular designed such that electromagnetic radiation with a high
  • the wavelength spectrum that can be generated by each of the beam sources of the device can range from ultraviolet to infrared.
  • the absolute reference mark can therefore be, for example, a mark generated by an electromagnetic beam from the device on the reference surface with a round cross-sectional area or an elliptical cross-sectional area or a cross-sectional area that deviates from the aforementioned cross-sectional areas and has a reference point that represents the respective cross-sectional area. It is also conceivable to generate an absolute reference geometry comprising several reference marks, which is made possible, for example, by a template in the device or a projector of the device. If powder is applied to the construction platform, it melts when the absolute is projected
  • the at least one absolute reference mark is used to carry out a focus calibration, that is to say to compensate for a target / actual deviation, of the beam source deflection unit, and for this purpose a target / actual deviation between the absolute values using the detector Reference mark and a beam of the beam source deflection unit is determined and an adjustment of the beam source deflection unit and / or the beam, for example by horizontal and / or vertical method and adjustment of the beam source deflection unit and / or focusing lens (s) and / or deflecting mirror, is corrected in order to minimize, eliminate or set the desired-actual deviation as determined.
  • the focus calibration is the compensation of an existing deviation of the lateral actual extension of the beam of the beam source deflection unit from the lateral actual extension of the absolute reference mark in the reference surface and / or the compensation of an existing target-actual deviation of the actual intensity of the Beam of the beam source deflection unit designated by a desired and / or maximum generated by the beam source deflection unit target intensity. If the beam of the beam source deflection unit to be calibrated therefore has a larger or smaller lateral actual dimension than the absolute reference mark on the
  • the lateral actual extent of the beam of the beam source deflection unit to be calibrated becomes the lateral actual extent of the absolute
  • the reference mark is adjusted or the lateral actual extent of the beam of the beam source deflection unit is placed over the lateral actual extent of the absolute reference mark.
  • the actual intensity of the beam of the beam source deflection unit is set to the desired, for example maximum, intensity.
  • a combined calibration based on the lateral extent and the intensity is also conceivable.
  • Focus calibration can be caused by thermal influences
  • beam source deflection units on which no focus calibration or a correspondingly selected focus calibration has been carried out, can also be used for melting powder over a larger area.
  • the beam source deflection unit is carried out and for this purpose a target-actual deviation between the absolute reference mark and a beam of the beam source deflection unit is determined and an adjustment of the beam source Deflection unit and / or the beam, for example by horizontal and / or vertical movement and adjustment of the beam source deflection unit and / or focusing lens (s) and / or deflection mirror, is corrected in order to determine the target / actual deviation determined minimize, eliminate or set to a desired value.
  • the position calibration is the minimization, elimination or adjustment of an existing deviation of the beam generated by the beam source deflection unit and incident on the reference surface from the absolute reference mark projected there in the lateral direction with respect to the reference surface.
  • the lateral deviation between the beams of the beam source deflection unit and the absolute reference mark is checked and, if a deviation is detected, a lateral alignment of the beam source deflection unit is carried out in order to minimize the determined target / actual deviation , eliminate or set to a desired value.
  • an absolute reference mark with a corresponding cross-sectional area is thus generated on the reference area by means of the device.
  • a beam is generated with the beam source deflection unit to be calibrated and with a corresponding one
  • the target / actual deviation between the absolute reference mark and the beam of the beam source deflection unit to be calibrated, in particular between the respective reference points of the cross-sectional areas, is detected and by means of the detector, which can be one of the detectors described in more detail below a corresponding setting of the beam source deflection unit is made on the basis of the target / actual deviation.
  • the at least one absolute reference mark is used to carry out a focus calibration of a second, preferably each further, beam source deflection unit of the system for generating powder-bed-based three-dimensional components by means of electromagnetic radiation.
  • Reference mark performed a position calibration of a second, preferably each further, beam source deflection unit of the system for generating powder-bed-based three-dimensional components by means of electromagnetic radiation.
  • Components by means of electromagnetic radiation thus has more than one beam source deflection unit and is accordingly designed as a multiscanner system
  • one, more or each of the beam source deflection units can also be based on the one or more absolute reference mark (s) according to the previous one focus calibration and / or position calibration described. It is particularly advantageous that, in this sense, individual beam source deflection units can be focus-calibrated or position-calibrated without having to focus-calibrate or position-calibrate the entirety of all beam source deflection units.
  • the aforementioned position calibrations can each be carried out after or before a focus calibration mentioned above or without such a focus calibration. It is therefore possible to choose whether one or more or each beam source deflection unit is position and focus calibrated or one or more or each beam source deflection unit is only position calibrated or only focus calibrated.
  • a relative reference mark is generated as a virtual reference mark by the beam source deflection unit.
  • the beam source deflection unit producing the relative reference mark (s) can be a, in particular three-dimensional, movable component of the system for generating powder-bed-based three-dimensional components by means of electromagnetic radiation.
  • the beam source deflection unit has a smaller number of degrees of freedom. It is particularly advantageously provided that even if a beam source deflection unit is used to generate a relative reference mark, no penetration is generated in the powder by the relative reference mark being generated by a beam which has an intensity which does not cause the powder to melt.
  • a target-actual deviation between a beam of the first beam source deflection unit, which generates the relative reference mark, and a beam of the second, preferably each further, beam source deflection unit in relation to the reference surface is determined and a setting of the second beam source deflection unit and / or the beam is corrected in order to minimize, eliminate, or set the desired-actual deviation as determined.
  • the system for powder bed-based generation of three-dimensional components by means of electromagnetic radiation has more than one beam source deflection unit and accordingly as Multi-scanner system is formed, one, more or each of the beam source deflection units can also be aligned using a first beam source deflection unit according to the focus calibration described above.
  • a position calibration of a second beam source deflection unit is carried out with respect to the relative reference mark and for this purpose a target-actual deviation between the relative reference mark and a beam of the second beam source deflection unit based on the detector
  • a relative reference mark is thus generated by means of the one beam source deflection unit and projected onto the reference surface with a corresponding cross-sectional area.
  • a beam is generated with the beam source deflection unit to be calibrated and with a corresponding one
  • the lateral target / actual deviation between the relative reference mark and the beam of the beam source deflection unit to be calibrated, in particular between the respective reference points of the cross-sectional areas, is recorded by means of the detector, which can be one of the detectors described in more detail below and a corresponding setting of the second beam source deflection unit is carried out on the basis of the target / actual deviation.
  • the detector which can be one of the detectors described in more detail below and a corresponding setting of the second beam source deflection unit is carried out on the basis of the target / actual deviation.
  • Each additional beam source deflection unit can be position-calibrated according to the procedure described above.
  • individual beam source deflection units can be calibrated without having to calibrate all of the beam source deflection units.
  • At least one detector is used to determine the target / actual deviation within the scope of the position calibration and / or the focus calibration.
  • this is a global detector, which is arranged, in particular in the center, above the reference surface and preferably comprises a camera, and is used to determine the target / actual deviation between each reference mark and the beam of each beam source deflection unit used.
  • the detection area of the global detector is larger than or equal to the reference area.
  • this is a local detector, which is assigned in particular to one of the beam source deflection units and preferably comprises a camera, and is used to determine the target / actual deviation between each reference mark and the beam of the beam source assigned to it. Deflection unit used.
  • the detection range of the detector then coincides at least partially with the detection range of the associated beam source deflection unit.
  • the orientation of the detection area of the detector becomes common and in particular uniform with the orientation of the
  • Embodiments are conceivable in which several local or global detectors or a combination of one or more local and one or more global detectors are used.
  • Beam source deflection unit carried out and for this purpose, by means of the local and / or global detector, a target / actual deviation between a, for example computationally determined, predetermined lateral target expansion and / or target for the beam generated by the beam source deflecting unit.
  • Intensity and a lateral actual extent and / or actual intensity of a beam generated by the beam source deflection unit are determined and an adjustment of the beam source deflection unit and / or the beam is corrected by the to minimize, eliminate, or set the target-actual deviation on the reference surface to a desired value.
  • the detector (s) enable focus calibration by changing the lateral actual extent of a beam of a beam source deflection unit on the
  • the beam of the beam source deflection unit to be calibrated therefore has a larger or smaller lateral actual dimension than the target dimension on the reference surface, the actual dimension of the beam source deflection unit is adapted to that of the target dimension.
  • the position calibration and / or the focus calibration is carried out before and / or during a construction job.
  • a virtual reference geometry on a reference surface Can be raised and lowered over the carrier plate, allows the calibration of one or more beam source deflection units during a construction job. It is particularly advantageous that potential displacements of the beams of the respective beam source deflection unit, due to a thermal load or mechanical setting, can be compensated for during the construction job.
  • Alignment of a beam source deflection unit can be used, thereby reducing the number of reference marks to be generated for calibration.
  • the main advantage of this reduction is that a compensation of displacements of the beam of a beam source deflection unit due to thermal stress can be carried out on the basis of a timely evaluation, so that the optical system to be measured during the calibration under thermal
  • Calibration should preferably be carried out within one minute, preferably within 30 seconds.
  • the calibration method according to the invention can preferably be carried out with a
  • control unit being set up and designed to control the system in such a way that the calibration method described above
  • the control unit is used during a calibration to evaluate the data from the detector (s) and then, on the basis thereof, specifies the corresponding setting of the beam source deflection unit, including the beam generated and emitted, in the calibration.
  • the control unit is connected via signal connections to each beam source deflection unit, each unit for generating absolute reference marks and each detector.
  • the control unit is preferably the same control unit that is also used for the control during the powder bed-based generation of
  • the calibration method according to the invention can advantageously be used for a system for powder-bed-based generation of three-dimensional components by means of electromagnetic radiation, in particular a PBLS system, with a support plate that can be raised and lowered and a beam source deflection unit, the system using the control device described above and has a global and / or local detector and is thus set up and designed to carry out the previously described calibration method by means of the relative reference mark, or the control unit described above, has a device for generating absolute reference marks and a global and / or local detector and is therefore set up and is designed to carry out the previously described calibration method by means of the absolute and / or relative reference mark.
  • the system for powder-bed-based generation of three-dimensional components by means of electromagnetic radiation is a PBLS system, it also includes a process chamber which has a chamber floor and within which at least the application medium is usually arranged and movably mounted.
  • PBLS is vacuum or in a
  • Process chamber designed gas-tight and it creates and maintains a vacuum or a corresponding protective gas atmosphere, in particular an inert gas atmosphere with argon, nitrogen or helium. Also in that
  • a powder container and a powder overflow of the PBLS system create a vacuum or protective gas atmosphere, which is why they are connected to the process chamber in a gas-tight manner.
  • a first thin one is made by means of the movable application medium, which can be designed, for example, as a brush, blade or rubber lip
  • Powder layer of the material to be processed with a uniform layer thickness of usually 10 to 100 pm applied to a construction platform.
  • Application medium is usually attached to a slide, which is required Movement of the application medium correspondingly movable, in particular
  • the building platform is initially arranged in a starting position in which the surface of the building platform extends by the amount of the desired layer thickness below a horizontally extending and usually from the chamber floor or in its vicinity, i.e. up to approx. 3 mm above the chamber floor , formed working level. That is above and parallel to the working level
  • Application medium can be moved over the slide to push or apply the powder to the build platform.
  • a powder container can be arranged next to the construction platform
  • So-called bottom-up powder delivery mechanism especially when the PBLS system is in operation, provide powder.
  • the powder When driving over the powder container, the powder from below the bottom up powder feed mechanism
  • Chamber bottom promotes in the direction of the chamber bottom and there via an opening of the powder container this provides for the application medium
  • Component container with the build platform the application medium completely spans the opening of the respective container to between the build platform and the
  • Working plane to be able to produce a uniform powder layer with a surface that is as flat as possible.
  • the powder of the applied layer is then selectively or locally melted, preferably completely, by means of a laser beam, that is to say only in regions selected according to a 3D CAD model of the component to be manufactured, it being also possible to produce porous structures.
  • the construction platform is lowered by the amount of a further desired layer thickness, and another powder layer is applied to the respective previous layer, melted and thereby compacted and connected to the previous layer. At least one of the previous layers is at least partially melted again to form a material bond
  • Powder layer is in the component container between the build platform and the Working level also built a powder bed from unmelted powder of all applied layers, which surrounds the component. To remove components from the powder bed, the bottom of the
  • Component container in the direction of the working level and thus in the direction of an upper opening of the component container opposite the floor and the construction platform to which the component is integrally connected via the first layer is removed from the PBLS system. The component is then removed from the
  • the separation can be omitted if the construction platform is a preform that has become part of the component.
  • FIG. 1 shows a view of a PBLS system with a laser scanner unit and an open process chamber
  • FIG. 2 shows a view of a multiscanner PBLS system with two laser scanner units and an open process chamber
  • FIG. 3 shows a view of a component container
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the component container from FIG. 3
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a position calibration of the laser scanner unit of the PBLS system using an absolute reference mark and a global detector
  • Figure 5a is a schematic representation of that described for Figure 5
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a position calibration of the laser scanner unit of the PBLS system using an absolute reference mark and a local detector
  • Figure 6a is a schematic representation of that described for Figure 6
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a focus calibration of the laser scanner unit of the PBLS system using an absolute reference mark and a global detector
  • Figure 7a is a schematic representation of that described for Figure 7
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a focus calibration of the laser Scanner unit of the PBLS system using an absolute reference mark and a local detector
  • Figure 8a is a schematic representation of that described for Figure 8.
  • Figure 9 is a schematic representation of a position calibration of one of two laser scanner units of the multiscanner PBLS system by means of a relative
  • Figure 9a is a schematic representation of that described for Figure 9
  • Figure 10 is a schematic representation of a position calibration of one of two laser scanner units of the multiscanner PBLS system by means of a relative
  • Figure 10a is a schematic representation of that described for Figure 10
  • Figure 1 1 is a schematic representation of a focus calibration of the laser scanner unit of the PBLS system using a local detector
  • Figure 1 1a is a schematic representation of that described for Figure 11
  • FIG. 1 shows a view of a PBLS system 1 with a beam source deflection unit designed as a laser scanner unit 2.
  • the PBLS system 1 has one
  • Process chamber which comprises a process chamber upper part 3 and a process chamber lower part 4. Beams of the scanner unit 2 arranged outside the process chamber can be coupled into the process chamber via at least one opening provided in the upper part 3, which is sealed gas-tight for example by means of glass.
  • the lower part 4 is closed at the bottom via a chamber bottom 5 of the process chamber.
  • the process chamber is opened in the view shown and opened for this purpose, for which purpose the upper part 3 has been pivoted upwards and laterally away from the stationary lower part 4 and the chamber base 5.
  • a slide 8 is mounted so as to be translationally movable parallel to a chamber bottom 5 of the process chamber.
  • An application medium 7, which can be designed, for example, as a brush, blade or rubber lip, is fastened to the slide 8, so that when it is closed
  • the application medium 7 are moved translationally and parallel to the chamber bottom 5 of the process chamber can.
  • the application medium 7 is used to distribute powder on a construction platform 6 that can be raised and lowered vertically relative to the chamber floor 5
  • the powder is conveyed from a powder container 10 in addition to the construction platform 6 via a so-called bottom-up powder conveying mechanism from below the chamber base 5 in the direction of the chamber base 5 and is made available there for the application medium 7 via an opening 10a of the powder container 10.
  • the powder container 10 or its bottom-up powder conveying mechanism can be supplied with powder via a storage container 9 connected to the powder container 10, in particular while the PBLS system 1 is in operation.
  • the component is produced on the construction platform 6 using the PBLS method described above.
  • a powder overflow 10b is arranged on a side of the building platform 6 opposite to the powder container 10a in the direction of movement of the slide 8 or the application medium 7 and opposite the powder container 10b, which picks up excess powder which does not fall off when the building platform 6 is passed over
  • the building platform 6 is
  • FIG. 2 shows a view of a multiscanner PBLS system 11 with two laser scanner units 2, both of which are assigned to the construction platform 6.
  • the multiscanner PBLS system 11 can also have more than two laser scanner units. Otherwise, the statements relating to FIG. 1 also apply to the PBLS system 1 shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 shows a view of a component container 12. This is delimited laterally by the component container side wall 13.
  • the construction platform 6 is fitted in accordance with the base area of the component container 12 within its component container side wall 13.
  • the construction platform 6 can be formed, for example, by a substrate plate, from which the finished component has to be separated, or a preform, which becomes part of the component.
  • the construction platform 6 is supported by a carrier plate 16 (not shown here) (see FIG. 4), which in turn is carried out together with the
  • Construction platform 6 can be raised and lowered vertically within the component container 12 via a lifting drive.
  • the linear actuator can be, for example Electromechanical lifting cylinder, ball screw drive, belt drive, pneumatic or hydraulic drive include.
  • the lifting drive has one or more drive carriages 15 connected to the carrier plate 16 (see FIG. 4), which can then be moved vertically along one or more drive rails 14.
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the component container 12 described in FIG. 3.
  • the carrier plate 16 forms the movable bottom of the component container 12, which adjoins the working level 17 with an upper opening opposite the bottom below the working level 17.
  • the carrier plate 16 is fitted and movable in the manner of a piston within the component container side wall 13 of the component container 12, which wall extends at right angles to the floor, so that it can be gradually lowered or raised in relation to the working plane 17 by means of the lifting drive.
  • the construction platform 6 is carried by the carrier plate 16 and is arranged thereon, for example placed on or releasably fastened, in particular screwed or braced.
  • a reference surface 30 is formed by the construction platform 6 arranged on the carrier plate 16. Otherwise, the statements relating to FIG. 3 also apply to the component container 12 shown in FIG. 4.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a position calibration of the laser scanner unit 2 of the PBLS system 1 by means of a virtual, absolute
  • the structure required for this position calibration comprises, in addition to the laser scanner unit 2, the global detector 26 and a unit 24 that generates the virtual, absolute reference mark, a control unit 28 and a reference surface 30 on which the absolute reference mark and the Laser beam 20 of the laser scanner unit 2 are projected.
  • the laser scanner unit 2 comprises a laser beam source 18 and a deflection unit 19.
  • the deflection unit 19 comprises a deflection mirror 21, two focusing lenses 22, at least one of which is movable, and two deflection mirrors 23.
  • the laser scanner unit 2 is horizontal and / or vertical Movable direction.
  • the unit 24 and the reference surface 30, by raising / lowering the support plate 16, can be moved vertically.
  • the global detector 26 has a detection area 34 which is larger than the reference surface 30.
  • the laser scanner unit 2 is controlled by the control unit 28 via the signal connection 29, so that the latter generates a laser beam 20 which is projected onto the reference surface 30 with a corresponding cross-sectional area (not shown).
  • the unit 24 is controlled by the control unit 28 via the signal connection 29, so that it generates an electromagnetic beam 25 which projects the absolute reference mark with a corresponding cross-sectional area (not shown) onto the reference surface 30.
  • a corresponding signal is transmitted to the control unit 28 via the signal connection 29 between the global detector 26 and the control unit 28 for evaluation.
  • Control unit 28 evaluates the signal from detector 26 in that control unit 28 calculates and / or defines reference point 38 of laser beam 20, in particular the cross-sectional area generated thereby, and reference point 31 of the absolute reference mark, in particular the cross-sectional area generated thereby.
  • the reference points 31, 38 are each represented by means of a cross-shaped marking on the reference surface 30.
  • the control unit 28 then evaluates a target / actual deviation 33 between the reference points 31, 38 by determining a distance between the reference points 31, 38 and sends a signal via the to correct the corresponding setting of the laser scanner unit 2
  • the procedure is therefore a position calibration using an absolute
  • FIG. 5a shows a schematic illustration according to the position calibration described for FIG. 5.
  • the reference points 31 and 38 lie here through the
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a position calibration of the beam source deflection unit 2 of the PBLS system 1 by means of an absolute
  • Reference mark and a local detector 27 In contrast to
  • Position calibration according to FIG. 5 is therefore a local instead of a global one
  • the local detector 27 has a detection area 35 which is smaller than the reference surface 30 and is assigned to the laser scanner unit 2.
  • the deflecting mirror 21 is designed and set up in such a way that appropriate electromagnetic rays can penetrate through it, which are reflected by the reference surface 30. Otherwise, the statements relating to FIG. 5 also apply to the embodiment shown in FIG. 6.
  • FIG. 6a shows a schematic illustration after the position calibration described for FIG. 6.
  • the reference points 31 and 38 lie here through the
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a focus calibration of the laser scanner unit 2 of the PBLS system 1 by means of an absolute reference mark projected by the device 24 onto the reference surface 30 and a global detector 26.
  • the focus calibration instead of the target / actual deviation 33 between the reference points of the laser beam 20 and the electromagnetic beam 25, the target / actual deviation 33 between the lateral actual extent 37 of the laser beam 20 and the lateral actual extent 36 of the electromagnetic beam 25 is determined.
  • the lateral actual extent 37 of the laser beam 20 and the lateral actual extent 36 of the electromagnetic beam 25 are shown by means of a round marking on the reference surface 30. In this example, the lateral actual extent 37 of the laser beam 20 is larger than the lateral actual extent 36 of the electromagnetic beam 25.
  • Focusing lens (s) 22 are changed such that the lateral actual extent 37 of the laser beam 20 matches the lateral actual extent 36 of the electromagnetic one Beam 25 matches. Otherwise, the statements relating to FIG. 5 also apply to the embodiment shown in FIG. 7.
  • FIG. 7a shows a schematic illustration after the focus calibration described for FIG. 7.
  • the lateral actual dimensions 37 and 36 are congruent one above the other due to the focus calibration carried out.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a focus calibration of the laser scanner unit 2 of the PBLS system 1 by means of an absolute reference mark projected by the device 24 onto the reference surface 30 and a local detector 27.
  • a local detector 27 is used. Otherwise, the apply
  • FIGS. 5, 6 and 7 also for the one shown in FIG. 8
  • FIG. 8a shows a schematic illustration after the focus calibration described for FIG. 8.
  • the lateral actual dimensions 37 and 36 are congruent one above the other due to the focus calibration carried out.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a position calibration of one of two laser scanner units 2 of the multiscanner PBLS system 11 using a virtual, relative reference mark and a global detector 26
  • Multiscanner PBLS system 11 has two laser scanner units 2.
  • One laser scanner unit 2 is calibrated using the other laser scanner unit 2.
  • the one laser scanner unit 2 generates a laser beam 20 which is projected onto the reference surface 30 and serves as a virtual, relative reference mark.
  • the reference point 32 of this relative reference mark is calculated and / or defined by the control unit 28 and is shown by means of a cross-shaped marking on the reference surface 30.
  • the other laser scanner unit 2 generates a laser beam 20 and also projects it onto the reference surface 30.
  • the reference point 38 of the laser beam 20 is calculated and / or defined by the control unit 28 and is also shown by means of a cross-shaped marking on the reference surface 30.
  • Reference mark the relative reference mark of one laser scanner unit 2 is used.
  • FIG. 9a shows a schematic illustration after the position calibration described for FIG. 9.
  • the reference points 32 and 38 are due to the
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a position calibration of one of two laser scanner units 2 of the multiscanner PBLS system 11 using a relative reference mark and a local detector 27.
  • two are used instead of the global detector 26 , local detectors 27 assigned to the laser scanner units 2 are used in order to determine the target / actual deviation 33.
  • FIGS. 6 and 9 also apply to the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 10a shows a schematic illustration according to that of FIG. 10
  • the reference points 32 and 38 lie here one above the other due to the position calibration.
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of a focus calibration of the laser scanner unit 2 of the PBLS system 1 by means of a local detector 27
  • Reference surface 30 projected absolute reference mark and a local detector 27 no absolute reference mark is used in this embodiment.
  • the lateral target extent 39 is predetermined and is used by the control unit 28 to evaluate the target-actual deviation 33. The default can
  • FIG. 11 a shows a schematic illustration of the laser scanner unit 2 of the PBLS system 1 after the focus calibration described for FIG. 1 1.
  • the lateral actual extent 37 and the lateral target extent 39 of the laser beam 20 lie here by the focus calibration carried out congruently one above the other.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kalibrierverfahren für eine Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere PBLS-Anlage (1, 11), mit einer Strahlquelle-Ablenk-Einheit und einer heb-und senkbaren Trägerplatte (16), oberhalb derer ein Bauteil aufgebaut wird, wobei zur Kalibrierung der Strahlquelle-Ablenk-Einheit mindestens eine virtuelle Referenzmarke genutzt wird und mittels eines Detektors eine Soll-Ist-Abweichung (33) zwischen der virtuellen Referenzmarke und einem Strahl der Strahlquelle-Ablenk- Einheit ermittelt wird. Um ein verbessertes Kalibrierverfahren zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die mindestens eine virtuelle Referenzmarke auf eine mittels der heb-und senkbaren Trägerplatte (16) vertikal verfahrbare Referenzfläche (30) und unabhängig von deren vertikaler Position projiziert wird.

Description

Verbessertes Kalibrierverfahren für eine Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung
Die Erfindung betrifft ein Kalibrierverfahren für eine Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Pulverbettbasiertes Laserstrahlschmelzen (PBLS) ist eine Form des
pulverbettbasierten Generierens von dreidimensionalen Bauteilen mittels
elektromagnetischer Strahlung. PBLS, für das auch die Bezeichnung selektives Laserschmelzen verwendet wird, gehört zur Gruppe der generativen
Fertigungsverfahren, die auch als Additive Manufacturing (AM) Verfahren bezeichnet werden. PBLS ist beispielsweise aus der deutschen Patenschrift DE 196 49 865 C1 bekannt. Beim pulverbettbasierten Generieren mittels elektromagnetischer Strahlung können drei-dimensionale Bauteile formlos, das heißt ohne Werkzeuge oder Formen, und nahezu ohne Einschränkungen bezüglich der geometrischen Bauteilkomplexität hergestellt werden. Die vorgenannten Verfahren sind insbesondere vom selektiven Lasersintern sowie vom Laserauftragschweißen zu unterscheiden. Bei den vorgenannten Verfahren und insbesondere beim PBLS erfolgt ein schichtweises Herstellen von Bauteilen aus einem zunächst pulverförmig vorliegenden Werkstoff, insbesondere in Form von Kunststoffen oder Metallen, der - anders als beim
Laserauftragschweißen - schichtweise als ruhendes Pulverbett bereitgestellt wird und - anders als beim selektiven Lasersintern - vollständig aufgeschmolzen wird und ohne Zugabe von Bindemitteln erstarrt. Die mittels dieser Verfahren gefertigten Bauteile weisen mechanische Eigenschaften auf, die weitgehend denjenigen des Grundwerkstoffs beziehungsweise denjenigen entsprechen, die Bauteile aufweisen, die mittels konventioneller Verfahren aus dem Grundwerkstoff hergestellt werden.
Für PBLS-Anlagen sind Kalibrierverfahren bekannt, die eine Kalibriereinheit benötigen, welche physisch in die Prozesskammer der PBLS-Anlage eingebracht werden muss. Zudem sind, beispielsweise aus der DE 10 2013 208 651 A1 ,
Kalibrierverfahren bekannt, die auf dem Einbrennen eines Testmusters in das Pulver basieren. Diese Verfahren sind allerdings nicht geeignet, um eine Kalibrierung innerhalb eines Baujobs durchzuführen, da das gescannte Referenzmuster mit dem in Produktion befindlichen Bauteil örtlich zusammenfallen und damit die Qualität des aufzubauenden Bauteils reduzieren kann.
Aus der DE 10 2017 202 725 B3 ist bekannt, dass eine physische Kalibrierstruktur außerhalb des Baufelds für das Kalibrieren von Laser-Scannereinheiten
untereinander verwendet werden kann. Sensoren sind dabei so angeordnet, dass eine Rückreflexion der durch die Laser-Scannereinheit bestrahlten Kalibrierstruktur erfassbar ist. Ein derartiges Vorgehen erlaubt zwar das Kalibrieren von mehreren Laser-Scannereinheiten auch während eines Prozesses, bedingt allerdings, dass die Kalibrierstruktur außerhalb des Baufelds befindlich ist. Damit wird das für den Baujob zur Verfügung stehende Baufeld reduziert, da der Erfassungsbereich der
verwendeten Laser-Scannereinheiten sich auch außerhalb des Baufelds zur
Kalibrierung erstrecken muss.
Aus der DE 10 2016 011 801 A1 ist bekannt, dass das Einbringen eines Signals mit einer ersten Laser-Scannereinheit und das Auswerten des Signals mit einer zweiten Laser-Scannereinheit zur Kalibrierung verwendet werden kann. Dabei ist eine Auswerteeinrichtung in Form einer Kamera so angeordnet, dass sie koaxial zur Laserstrahlung der zweiten Laser-Scannereineinheit geführt ist. Dieser vorgestellte Ansatz erlaubt nur eine relative Kalibrierung einzelner Laser-Scannereinheiten untereinander. Drifts der Scannersysteme, etwa durch thermische Einflüsse oder mechanisches Setzen, können nicht berücksichtigt werden. Zudem ist dieses Verfahren, wie auch das aus der DE 10 2016 106 403 A1 bekannte Verfahren, auf die Arbeitsebene beschränkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Kalibrierverfahren für eine Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung und eine entsprechende Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels
elektromagnetischer Strahlung bereitzustellen, mit dem beziehungsweise der eine mikrometergenaue Ausrichtung der jeweiligen Strahlen ermöglicht wird, um beispielsweise Poren, Lunker oder deutlich sichtbare Versätze im Bereich des Strahlenüberlapps an der jeweiligen Bauteilkontur zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch ein Kalibrierverfahren für eine Anlage zum
pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 15 sowie der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Kalibrierverfahren für eine Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels
elektromagnetischer Strahlung, insbesondere eine PBLS-Anlage, mit einer
Strahlquelle-Ablenk-Einheit, die insbesondere bei einer PBLS-Anlage als Laser- Scannereinheit ausgebildet ist, und einer heb- und senkbaren Trägerplatte, oberhalb derer ein Bauteil aufgebaut wird, wobei zur Kalibrierung der Strahlquelle-Ablenk- Einheit mindestens eine virtuelle Referenzmarke genutzt wird und mittels eines Detektors eine Soll-Ist-Abweichung zwischen der virtuellen Referenzmarke und einem Strahl der Strahlquelle-Ablenk-Einheit ermittelt wird, dadurch geschaffen, dass die mindestens eine virtuelle Referenzmarke auf eine mittels der heb- und senkbaren Trägerplatte vertikal verfahrbare Referenzfläche und unabhängig von deren vertikaler Position projiziert wird.
Mit anderen Worten wird also erfindungsgemäß das Kalibrieren von mindestens einer Strahlquelle-Ablenk-Einheit unter Zuhilfenahme mindestens einer virtuellen
Referenzmarke auf einer vertikal verfahrbaren und als Projektionsfläche dienenden Referenzfläche, die vorzugsweise eine horizontale Referenzebene ist, ermöglicht. Die Referenzfläche ist mittels der heb- und senkbaren Trägerplatte vertikal verfahrbar und kann von der Trägerplatte selbst, von einer darauf angeordneten Bauplattform oder von darauf angeordnetem und auch als Substrat bezeichnetem Baumaterial, welches sich insbesondere in Pulverform oder in bereits verfestigtem Zustand befindet, gebildet werden. Die Trägerplatte bildet den beweglichen Boden eines
Bauteilbehälters, der sich mit einer dem Boden gegenüberliegenden oberen Öffnung an die Arbeitsebene anschließt und unterhalb der Arbeitsebene erstreckt. Hierbei ist die Trägerplatte nach Art eines Kolbens innerhalb der rechtwinklig zum Boden verlaufenden Seitenwand des Behälters eingepasst und beweglich, um schrittweise in Bezug zur Arbeitsebene abgesenkt werden zu können. Mittels eines Antriebs, beispielsweise in Form eines elektromechanischen Hubzylinders,
Kugelgewindetriebes, Riementriebes, pneumatischen oder hydraulischen Antriebs, kann die Trägerplatte innerhalb des Bauteilbehälters und auch darüber hinaus angehoben oder abgesenkt werden. Sobald die Bauplattform vorgesehen ist, wird diese von der Trägerplatte getragen und ist auf dieser angeordnet, beispielsweise aufgelegt oder lösbar befestigt, insbesondere angeschraubt oder verspannt. Die Bauplattform kann beispielsweise von einer Substratplatte, von der das fertige Bauteil getrennt werden muss, oder einer Preform, die Teil des Bauteils wird, gebildet werden. Besonders vorteilhaft wird durch die erfindungsgemäße Kalibrierung eine genaue Ausrichtung auf einer Preform durchgeführt, um die vorgegebenen
Anschlussstrukturen mikrometergenau zu treffen.
Vorteilhaft wird die mindestens eine virtuelle Referenzmarke auf die Referenzfläche projiziert und dies unabhängig von der vertikalen Position der Referenzfläche und damit insbesondere unabhängig davon, ob die Referenzfläche sich unter, über oder in einer Arbeitsebene der Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von
dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung befindet. Es ist insbesondere auch denkbar, dass die mindestens eine virtuelle Referenzmarke auf die Referenzfläche projiziert wird, während diese sich außerhalb, das heißt unter oder über, der Arbeitsebene der Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung befindet. Da die Referenzmarke virtuell ist und somit nicht physisch innerhalb der Baukammer vorhanden ist, lässt sich deren Geometrie jeweils auf den zu kalibrierenden
Anwendungsfall anpassen, beispielsweise vergrößern, verkleinern oder verzerren, wodurch eine Kalibrierung der Strahlquelle-Ablenk-Einheiten nicht mehr exklusiv in Bezug auf die Arbeitsebene notwendig ist. Denkbar ist auch das Erzeugen einer virtuellen Referenzgeometrie, welche mehrere solcher Referenzmarken umfasst, wobei die Referenzmarken gleichzeitig oder sequentiell erzeugt und detektiert werden können.
Die Strahlquelle-Ablenk-Einheit umfasst eine Strahlquelle zum Erzeugen und
Aussenden elektromagnetischer Strahlen, insbesondere eine Laser-Strahlquelle im Fall einer PBLS-Anlage, durch die der Strahl, insbesondere der Laserstrahl, erzeugt und ausgesendet wird, und eine Ablenk-Einheit, durch die der Strahl hinsichtlich seiner Ausbreitungsrichtung, insbesondere mittels vorzugsweise beweglichen Umlenkspiegel(n), und hinsichtlich seiner lateralen Ausdehnung, insbesondere mittels vorzugsweise beweglichen Fokussierlinse(n), verändert werden kann. Die
Strahlquelle-Ablenk-Einheit ist in horizontaler und/oder vertikaler Richtung verfahrbar und ermöglicht somit, die relative Position und dabei insbesondere den Abstand zwischen der Referenzfläche und der Strahlquelle-Ablenk-Einheit einzustellen. Somit kann die Kalibrierung unabhängig von der Arbeitsebene erfolgen oder ein Strahl der Strahlquelle-Ablenk-Einheit erzeugt werden, der bewusst nicht fokussiert ist. Wenn der Strahl auf der vorzugsweise ebenen Referenzfläche auftrifft, ist dessen laterale Ausdehnung dort als Querschnittsfläche vom Detektor erfassbar. Ein Strahl, der auf eine sich zum Strahl rechtwinklig erstreckende ebene Referenzfläche auftrifft, weist in dieser Referenzfläche beziehungsweise Projektionsfläche eine runde
Querschnittsfläche und damit eine vom zugehörigen Querschnittsmittelpunkt, der als Bezugspunkt dient, ausgehende kreisförmige laterale Ausdehnung auf. Ein Strahl, der nicht rechtwinklig auf eine ebene Referenzfläche auftrifft, weist in dieser
Referenzfläche beziehungsweise Projektionsfläche eine elliptische Querschnittsfläche und damit eine vom zugehörigen Querschnittsmittelpunkt, der als Bezugspunkt dient, ausgehende elliptische laterale Ausdehnung auf. Ist die Referenzfläche uneben, insbesondere falls die Referenzfläche beziehungsweise Projektionsfläche durch Pulver gebildet wird, kann der Strahl eine von den zuvor genannten
Querschnittsflächen abweichende Querschnittsfläche und einen diese abweichende Fläche repräsentierenden Bezugspunkt aufweisen. Der jeweilige Bezugspunkt wird für die Ermittlung der Soll-Ist-Abweichung herangezogen und kann beispielsweise von einer Steuereinheit der Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von
dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung berechnet und/oder definiert werden. Die Ablenkeinheit ermöglicht ein auch als Abtasten oder Scannen bezeichnetes Führen des Strahls, insbesondere des Laserstrahls, über eine Pulverschicht zum thermischen manipulieren, vorzugsweise Schmelzen, derselben. Der von der Strahlquelle erzeugte Strahl kann in einer alternativen Ausführungsform auch an der Ablenkeinheit vorbei direkt auf die Bauplattform oder dortiges Pulver gerichtet werden.
Durch den Einsatz von mehreren Strahlquelle-Ablenk-Einheiten, die dann ein Multi- Ablenk-Einheiten-System bilden, in einer Multiscanner-Anlage kann die Produktivität gesteigert werden. Die Strahlquelle-Ablenk-Einheiten sind einzeln oder zusammen in horizontaler und/oder vertikaler Richtung verfahrbar und ermöglichen somit, die relative Position und dabei insbesondere den Abstand zwischen der Referenzfläche und den Strahlquelle-Ablenk-Einheiten einzustellen. Somit kann die Kalibrierung unabhängig von der Arbeitsebene erfolgen oder ein Strahl einer Strahlquelle-Ablenk- Einheit erzeugt werden, der bewusst nicht fokussiert ist. Um in einer Multiscanner-Anlage den Überlappbereich von zwei oder mehreren benachbarten Strahlquelle-Ablenk-Einheiten möglichst groß gestalten zu können, werden bei PBLS-Anlagen so genannte 3D Laser-Scannereinheiten, welche sich durch eine sehr kompakte Bauform auszeichnen, eingesetzt. Die jeweilige 3D Laser- Scannereinheit weist mindestens eine bewegliche Fokussierlinse auf, der/denen im Strahlengang noch mindestens ein Umlenkspiegel nachgeordnet ist, und erlaubt dabei für jede einzelne Laser-Scannereinheit einen bei vergleichbaren Fokusgrößen vergrößerten Erfassungsbereich gegenüber einer 2D Laser-Scannereinheit, bei welcher eine statische Fokussierlinse im Strahlengang nach dem letzten
Umlenkspiegel angeordnet ist. Die Kombination von mindestens zwei 3D Laser- Scannereinheiten in einem kompakten Gehäuse erlaubt dabei die Strahlausgänge der Laser-Scannereinheiten besonders nah aneinander zu wählen. Diese räumliche Nähe der Strahlenausgänge der Laser-Scannereinheiten erlaubt es, das Überlapp-Feld bei gleichzeitig kleinen Fokusgrößen von < 80 pm und großer Scandynamik mit
Scangeschwindigkeiten von > 10 m/s abzudecken.
Besonders vorteilhaft lässt sich die Referenzmarke und/oder Referenzgeometrie in Abhängigkeit des zu verarbeitenden Materials und insbesondere dessen Reflektivität im verwendeten Wellenlängenbereich und/oder Intensitätsbereich zur Erzeugung der Referenzmarke und/oder Referenzgeometrie so anpassen, dass stets eine
aussagekräftige Ermittlung der zur Kalibrierung der Strahlquelle-Ablenk-Einheiten notwendigen Messwerte sichergestellt ist. Das Verfahren ist also unabhängig vom Material, welches die Referenzfläche bildet, und dessen Beschaffenheit, wie beispielsweise Pulver gegenüber verfestigtem Material oder glänzende gegenüber mattierten Oberflächen, anwendbar. Beispielsweise kann bei einer matten Oberfläche und damit geringen Reflektivität des zu verarbeitenden Materials eine Referenzmarke in einem ersten Wellenlängenbereich und/oder Intensitätsbereich, bei einer im
Verglich zur matten Oberfläche glänzenden Oberfläche und damit höheren
Reflektivität des zu verarbeitenden Materials eine Referenzmarke in einem von dem ersten unterschiedlichen zweiten Wellenlängenbereich und/oder Intensitätsbereich erzeugt werden.
In einer ersten Ausführungsform wird als virtuelle Referenzmarke eine absolute Referenzmarke, insbesondere durch eine von der Strahlquelle-Ablenk-Einheit verschiedene Einrichtung der Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung, erzeugt. Die Einrichtung zur Erzeugung der absoluten Referenzmarke kann in beziehungsweise an der Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung ortsfest oder beweglich angeordnet sein. Die Einrichtung umfasst eine oder mehrere Strahlquelle(n), die insbesondere derart ausgestaltet ist/sind, dass elektromagnetische Strahlen mit einer hohen
Strahlendichte abgegeben werden können. Das von jeder der Strahlquellen der Einrichtung erzeugbare Wellenlängenspektrum kann sich von ultraviolett bis infrarot erstrecken. Die absolute Referenzmarke kann also beispielsweise eine durch einen elektromagnetischen Strahl der Einrichtung auf der Referenzfläche erzeugte Marke mit einer runden Querschnittsfläche oder einer elliptischen Querschnittsfläche oder einer von den zuvor genannten Querschnittsflächen abweichende Querschnittsfläche mit einem die jeweilige Querschnittsfläche repräsentierenden Bezugspunkt sein. Es ist auch die Erzeugung einer mehrere Referenzmarken umfassenden absoluten Referenzgeometrie, die beispielsweise durch eine Schablone in der Einrichtung oder einen Projektor der Einrichtung ermöglicht wird, denkbar. Sofern Pulver auf der Bauplattform aufgebracht ist, schmilzt dieses bei Projektion der absoluten
Referenzmarken auf die Referenzfläche nicht auf und somit wird kein Einbrand im Pulver erzeugt, da die Intensität der elektromagnetischen Strahlen je nach
verwendetem Werkstoff entsprechend gering eingestellt wird.
Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass anhand der mindestens einen absoluten Referenzmarke eine Fokuskalibrierung, das heißt ein Ausgleich einer Soll- Ist-Abweichung, der Strahlquelle-Ablenk-Einheit durch geführt wird und hierzu mittels des Detektors eine Soll-Ist-Abweichung zwischen der absoluten Referenzmarke und einem Strahl der Strahlquelle-Ablenk-Einheit ermittelt und eine Einstellung der Strahlquelle-Ablenk-Einheit und/oder des Strahls, beispielsweise durch horizontales und/oder vertikales Verfahren und Einstellen der Strahlquelle-Ablenk-Einheit und/oder Fokussierlinse(n) und/oder Umlenkspiegel, korrigiert wird, um die ermittelte Soll-Ist- Abweichung zu minimieren, zu eliminieren oder auf einen gewünschten Wert einzustellen. Als Fokuskalibrierung wird der Ausgleich einer vorliegenden Abweichung der lateralen Ist-Ausdehnung des Strahls der Strahlquelle-Ablenk-Einheit von der lateralen Ist-Ausdehnung der absoluten Referenzmarke in der Referenzfläche und/oder der Ausgleich einer vorliegenden Soll-Ist-Abweichung der Ist-Intensität des Strahls der Strahlquelle-Ablenk-Einheit von einer gewünschten und/oder durch die Strahlquelle-Ablenk-Einheit maximal erzeugbaren Soll-Intensität bezeichnet. Weist also der Strahl der zu kalibrierenden Strahlquelle-Ablenk-Einheit eine größere oder kleinere laterale Ist-Ausdehnung als die absolute Referenzmarke auf der
Referenzfläche auf, wird die laterale Ist-Ausdehnung des Strahls der zu kalibrierenden Strahlquelle-Ablenk-Einheit an die laterale Ist-Ausdehnung der absoluten
Referenzmarke angepasst beziehungsweise die laterale Ist-Ausdehnung des Strahls der Strahlquelle-Ablenk-Einheit über die laterale Ist-Ausdehnung der absoluten Referenzmarke gelegt. Weist also der Strahl der zu kalibrierenden Strahlquelle- Ablenk-Einheit eine von der gewünschten Intensität abweichende Ist-Intensität auf, wird die Ist-Intensität des Strahls der Strahlquelle-Ablenk-Einheit auf die gewünschte, beispielsweise maximale, Intensität eingestellt. Auch eine kombinierte Kalibrierung anhand der lateralen Ausdehnung und der Intensität ist denkbar. Durch die
Fokuskalibrierung kann die durch thermische Beeinflussung bedingte
Fokusverschiebung einzelner Strahlen einer Strahlquelle-Ablenk-Einheit und der daraus resultierende Positionierungsversatz zwischen mehreren Strahlen während eines Baujobs ausgeglichen werden. Alternativ können auch Strahlquelle-Ablenk- Einheiten, an denen keine oder eine entsprechend gewählte Fokuskalibrierung durchgeführt wurde, zum Aufschmelzen von Pulver über eine größere Fläche verwendet werden.
Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass anhand der mindestens einen absoluten Referenzmarke eine Positionskalibrierung, das heißt eine
Ausrichtungskorrektur beziehungsweise ein Ausgleich einer Soll-Ist-Abweichung, der Strahlquelle-Ablenk-Einheit durch geführt wird und hierzu mittels des Detektors eine Soll-Ist-Abweichung zwischen der absoluten Referenzmarke und einem Strahl der Strahlquelle-Ablenk-Einheit ermittelt und eine Einstellung der Strahlquelle-Ablenk- Einheit und/oder des Strahls, beispielsweise durch horizontales und/oder vertikales Verfahren und Einstellen der Strahlquelle-Ablenk-Einheit und/oder Fokussierlinse(n) und/oder Umlenkspiegel, korrigiert wird, um die ermittelte Soll-Ist-Abweichung zu minimieren, zu eliminieren oder auf einen gewünschten Wert einzustellen. Als Positionskalibrierung wird die Minimierung, Eliminierung oder Einstellung einer vorliegenden Abweichung des von der Strahlquelle-Ablenk-Einheit erzeugten und auf die Referenzfläche auftreffenden Strahls von der dorthin projizierten absoluten Referenzmarke in lateraler Richtung bezogen auf die Referenzfläche bezeichnet. Mit anderen Worten wird also die laterale Abweichung zwischen den Strahlen der Strahlquelle-Ablenk-Einheit und der absoluten Referenzmarke überprüft und, falls eine Abweichung detektiert wird, eine laterale Ausrichtung der Strahlquelle-Ablenk- Einheit vorgenommen, um die ermittelte Soll-Ist-Abweichung zu minimieren, zu eliminieren oder auf einen gewünschten Wert einzustellen.
In einem Schritt der Positionskalibrierung wird also mittels der Einrichtung eine absolute Referenzmarke mit einer entsprechenden Querschnittsfläche auf der Referenzfläche erzeugt. In einem weiteren Schritt wird mit der zu kalibrierenden Strahlquelle-Ablenk-Einheit ein Strahl erzeugt und mit einer entsprechenden
Querschnittsfläche auf die Referenzfläche projiziert. In einem zusätzlichen Schritt wird die Soll-Ist-Abweichung zwischen der absoluten Referenzmarke und dem Strahl der zu kalibrierenden Strahlquelle-Ablenk-Einheit, insbesondere zwischen den jeweiligen Bezugspunkten der Querschnittsflächen mittels des Detektors, der einer der unten näher beschriebenen Detektoren sein kann, erfasst und auf Basis der Soll-Ist- Abweichung eine entsprechende Einstellung der Strahlquelle-Ablenk-Einheit vorgenommen.
In besonders vorteilhafter Weise wird anhand der mindestens einen absoluten Referenzmarke eine Fokuskalibrierung einer zweiten, vorzugsweise jeder weiteren, Strahlquelle-Ablenk-Einheit der Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung durchgeführt.
In besonders vorteilhafter Weise wird anhand der mindestens einen absoluten
Referenzmarke eine Positionskalibrierung einer zweiten, vorzugsweise jeder weiteren, Strahlquelle-Ablenk-Einheit der Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung durchgeführt.
Sofern die Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen
Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung also über mehr als eine Strahlquelle- Ablenk-Einheit verfügt und dementsprechend als Multiscanner-Anlage ausgebildet ist, können auch eine, mehrere oder jede der Strahlquelle-Ablenk-Einheiten anhand der einen oder mehreren absoluten Referenzmarke(n) gemäß der zuvor beschriebenen Fokuskalibrierung und/oder Positionskalibrierung ausgerichtet werden. Besonders vorteilhaft ist, dass in diesem Sinne einzelne Strahlquelle-Ablenk-Einheiten fokuskalibriert bzw. positionskalibriert werden können, ohne die Gesamtheit aller Strahlquelle-Ablenk-Einheiten fokuskalibrieren bzw. positionskalibrieren zu müssen.
Die vorgenannten Positionskalibrierungen können jeweils nach oder vor einer oben erwähnten Fokuskalibrierung oder ohne eine solche Fokuskalibrierung durchgeführt werden. Es kann also gewählt werden, ob eine oder mehrere oder jede Strahlquelle- Ablenk-Einheit positions- und fokuskalibriert oder eine oder mehrere oder jede Strahlquelle-Ablenk-Einheit nur positionskalibriert oder nur fokuskalibriert werden.
In einer zweiten Ausführungsform wird als virtuelle Referenzmarke eine relative Referenzmarke durch die Strahlquelle-Ablenk-Einheit erzeugt. Wie die die absolute Referenzmarke erzeugende Einrichtung kann die die relative Referenzmarke(n) erzeugende Strahlquelle-Ablenk-Einheit ein, insbesondere dreidimensional, beweglicher Bestandteil der Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung sein. Es sind aber auch Ausführungsformen denkbar, in denen die Strahlquelle-Ablenk-Einheit über eine geringere Anzahl von Freiheitsgraden verfügt. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass auch bei der Verwendung einer Strahlquelle-Ablenk-Einheit zur Erzeugung einer relativen Referenzmarke kein Einbrand im Pulver erzeugt wird, indem die relative Referenzmarke durch einen Strahl erzeugt wird, der eine Intensität aufweist, die kein Schmelzen des Pulvers hervorruft.
In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass, vorzugsweise nach der anhand der mindestens einen absoluten Referenzmarke erfolgten Fokuskalibrierung einer ersten Strahlquelle-Ablenk-Einheit, mittels der ersten Strahlquelle-Ablenk-Einheit eine Fokuskalibrierung einer zweiten, vorzugsweise jeder weiteren, Strahlquelle-Ablenk- Einheit durch geführt wird und hierzu mittels des Detektors eine Soll-Ist-Abweichung zwischen einem Strahl der ersten Strahlquelle-Ablenk-Einheit, welcher die relative Referenzmarke erzeugt, und einem Strahl der zweiten, vorzugsweise jeder weiteren, Strahlquelle-Ablenk-Einheit bezogen auf die Referenzfläche ermittelt und eine Einstellung der zweiten Strahlquelle-Ablenk-Einheit und/oder des Strahls korrigiert wird, um die ermittelte Soll-Ist-Abweichung zu minimieren, zu eliminieren oder auf einen gewünschten Wert einzustellen. Sofern die Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung also über mehr als eine Strahlquelle-Ablenk-Einheit verfügt und dementsprechend als Multiscanner-Anlage ausgebildet ist, können auch eine, mehrere oder jede der Strahlquelle-Ablenk-Einheiten anhand einer ersten Strahlquelle-Ablenk-Einheit gemäß der zuvor beschriebenen Fokuskalibrierung ausgerichtet werden.
In vorteilhafter Weise wird eine Positionskalibrierung einer zweiten Strahlquelle- Ablenk-Einheit in Bezug auf die relative Referenzmarke durchgeführt und hierzu mittels des Detektors eine Soll-Ist-Abweichung zwischen der relativen Referenzmarke und einem Strahl der zweiten Strahlquelle-Ablenk-Einheit bezogen auf die
Referenzfläche ermittelt und eine Einstellung der zweiten Strahlquelle-Ablenk-Einheit und/oder des Strahls korrigiert, um die ermittelte Soll-Ist-Abweichung zu minimieren, zu eliminieren oder auf einen gewünschten Wert einzustellen.
In einem Schritt wird also mittels der einen Strahlquelle-Ablenk-Einheit eine relative Referenzmarke erzeugt und mit einer entsprechenden Querschnittsfläche auf die Referenzfläche projiziert. In einem weiteren Schritt wird mit der zu kalibrierenden Strahlquelle-Ablenk-Einheit ein Strahl erzeugt und mit einer entsprechenden
Querschnittsfläche auf die Referenzfläche projiziert. In einem zusätzlichen Schritt wird die laterale Soll-Ist-Abweichung zwischen der relativen Referenzmarke und dem Strahl der zu kalibrierenden Strahlquelle-Ablenk-Einheit, insbesondere zwischen den jeweiligen Bezugspunkten der Querschnittsflächen mittels des Detektors, der einer der unten näher beschriebenen Detektoren sein kann, erfasst und auf Basis der Soll- Ist-Abweichung eine entsprechende Einstellung der zweiten Strahlquelle-Ablenk- Einheit vorgenommen. Jede weitere Strahlquelle-Ablenk-Einheit kann gemäß der zuvor beschriebenen Vorgehensweise positionskalibriert werden. In vorteilhafter Weise können einzelne Strahlquelle-Ablenk-Einheiten kalibriert werden, ohne die Gesamtheit aller Strahlquelle-Ablenk-Einheiten kalibrieren zu müssen.
In vorteilhafter Weise wird zur Ermittlung der Soll-Ist-Abweichung im Rahmen der Positionskalibrierung und/oder der Fokuskalibrierung mindestens ein Detektor verwendet. In einer ersten Ausführungsform des Detektors ist dieser ein globaler Detektor, welcher, insbesondere mittig, über der Referenzfläche angeordnet ist und vorzugsweise eine Kamera umfasst, und wird zur Ermittlung der Soll-Ist-Abweichung zwischen jeder Referenzmarke und dem Strahl jeder Strahlquelle-Ablenk-Einheit eingesetzt. Hierzu ist der Erfassungsbereich des globalen Detektors größer oder gleich der Referenzfläche. In einer zweiten Ausführungsform des Detektors ist dieser ein lokaler Detektor, welcher insbesondere einer der Strahlquelle-Ablenk-Einheiten zugeordnet ist und vorzugsweise eine Kamera umfasst, und wird zur Ermittlung der Soll-Ist-Abweichung zwischen jeder Referenzmarke und dem Strahl der ihm zugeordneten Strahlquelle- Ablenk-Einheit eingesetzt. Der Erfassungsbereich des Detektors stimmt dann zumindest teilweise mit dem Erfassungsbereich der zugeordneten Strahlquelle- Ablenk-Einheit überein. Die Ausrichtung des Erfassungsbereichs des Detektors wird gemeinsam und insbesondere gleichförmig mit der Ausrichtung des
Erfassungsbereichs der Strahlquelle-Ablenk-Einheit verändert. Es sind auch
Ausführungsformen denkbar, bei denen mehrere lokale oder globale Detektoren oder eine Kombination aus einem oder mehreren lokalen und einem oder mehreren globalen Detektoren eingesetzt werden. In vorteilhafter Weise wird anhand des Detektors eine Fokuskalibrierung der
Strahlquelle-Ablenk-Einheit durchgeführt und hierzu mittels des lokalen und/oder globalen Detektors eine Soll-Ist-Abweichung zwischen einer, beispielsweise rechnerisch ermittelten, für den von der Strahlquelle-Ablenk-Einheit erzeugten Strahl vorgegebenen lateralen Soll-Ausdehnung und/oder Soll-Intensität und einer lateralen Ist-Ausdehnung und/oder Ist-Intensität eines von der Strahlquelle-Ablenk-Einheit erzeugten Strahls, insbesondere jeweils bezogen auf die Referenzfläche, ermittelt und eine Einstellung der Strahlquelle-Ablenk-Einheit und/oder des Strahls korrigiert, um die ermittelte Soll-Ist-Abweichung auf der Referenzfläche zu minimieren, zu eliminieren oder auf einen gewünschten Wert einzustellen. Mit anderen Worten ermöglichen also der oder die Detektor(en) eine Fokuskalibrierung, indem die laterale Ist-Ausdehnung eines Strahls einer Strahlquelle-Ablenk-Einheit auf der
Referenzfläche vermessen und mit der diesbezüglichen Soll-Ausdehnung des Strahls verglichen wird. Weist also der Strahl der zu kalibrierenden Strahlquelle-Ablenk- Einheit eine größere oder kleinere laterale Ist-Ausdehnung als Soll-Ausdehnung auf der Referenzfläche auf, wird die Ist-Ausdehnung der Strahlquelle-Ablenk-Einheit an die der Soll-Ausdehnung angepasst.
Es ist außerdem von besonderem Vorteil, dass die Positionskalibrierung und/oder die Fokuskalibrierung vor und/oder während eines Baujobs durch geführt wird. Besonders das Bereitstellen einer virtuellen Referenzgeometrie auf einer Referenzfläche, die über die Trägerplatte heb- und senkbar ist, erlaubt die Kalibrierung einer oder mehrerer Strahlquelle-Ablenk-Einheiten während eines Baujobs. Besonders vorteilhaft ist, dass potentielle Verschiebungen der Strahlen der jeweiligen Strahlquelle-Ablenk- Einheit, bedingt durch eine thermische Belastung oder mechanisches Setzen, während des Baujobs ausgeglichen werden können. Vorteilhaft wird durch die
Möglichkeit, einzelne Strahlquelle-Ablenk-Einheiten einer Multiscanner-Anlage kalibrieren zu können, eine Verwendung der anderen Strahlquelle-Ablenk-Einheiten zur Bearbeitung des Werkstücks während einer Kalibrierung einzelner Strahlquelle- Ablenk-Einheiten sichergestellt.
Vorteilhaft wird eine Inter- und/oder Extrapolation von Stützstellen, die zur
Ausrichtung einer Strahlquelle-Ablenk-Einheit verwendet werden, durchgeführt, um dadurch die Anzahl der zur Kalibrierung zu erzeugenden Referenzmarken zu reduzieren. Hauptvorteil dieser Reduktion ist, dass ein Ausgleich von Verschiebungen des Strahls einer Strahlquelle-Ablenk-Einheit aufgrund thermischer Belastung auf Basis einer zeitnahen Auswertung vorgenommen werden kann, damit das zu vermessende optische System während der Kalibrierung unter thermischen
Einsatzbedingungen steht. Vorzugsweise ist eine Kalibrierung innerhalb einer Minute, vorzugsweise innerhalb von 30 Sekunden durchzuführen.
Vorzugsweise lässt sich das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren mit einer
Steuereinheit für eine Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von
dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere für eine PBLS-Anlage, nutzen, wobei die Steuereinheit eingerichtet und ausgebildet ist, die Anlage so zu steuern, dass das zuvor beschriebene Kalibrierverfahren
durch geführt wird. Die Steuereinheit wird während einer Kalibrierung zur Auswertung der Daten von dem oder den Detektor(en) genutzt und gibt anschließend auf deren Basis die entsprechende Einstellung der in der Kalibrierung befindlichen Strahlquelle- Ablenk-Einheit einschließlich des hiervon erzeugten und ausgesendeten Strahls vor. Hierfür ist die Steuereinheit über Signalverbindungen mit jeder Strahlquelle-Ablenk- Einheit, jeder Einheit zur Erzeugung von absoluten Referenzmarken und jedem Detektor verbunden. Die Steuereinheit ist vorzugsweise dieselbe Steuereinheit, die auch für die Steuerung während des pulverbettbasierten Generierens von
dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere PBLS-Verfahrens, verwendet wird. In vorteilhafter Weise lässt sich das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren für eine Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere PBLS-Anlage, mit einer heb- und senkbaren Trägerplatte und einer Strahlquelle-Ablenk-Einheit nutzen, wobei die Anlage die zuvor beschriebene Steuereinrichtung sowie einen globalen und/oder lokalen Detektor aufweist und damit eingerichtet und ausgebildet ist, das zuvor beschriebene Kalibrierverfahren mittels der relativen Referenzmarke durchzuführen, oder die zuvor beschriebene Steuereinheit, eine Einrichtung zur Erzeugung von absoluten Referenzmarken sowie einen globalen und/oder lokalen Detektor aufweist und damit eingerichtet und ausgebildet ist, das zuvor beschriebene Kalibrierverfahren mittels der absoluten und/oder relativen Referenzmarke durchzuführen.
Ist die Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung eine PBLS-Anlage, umfasst diese außerdem eine Prozesskammer, die einen Kammerboden aufweist und innerhalb welcher üblicherweise zumindest das Auftragsmedium angeordnet und beweglich gelagert ist. Um während des Schmelzprozesses eine durch Oxidation erfolgende Kontamination des Werkstoffs zu verhindern, wird PBLS unter Vakuum oder in einer
Schutzgasatmosphäre durchgeführt. Dadurch können mittels PBLS relative
Bauteildichten von mehr als 99 % erreicht werden. Zu diesem Zweck ist die
Prozesskammer gasdicht ausgeführt und es wird in ihr ein Vakuum oder eine entsprechende Schutzgasatmosphäre, insbesondere eine inerte Gasatmosphäre mit Argon, Stickstoff oder Helium, erzeugt und aufrechterhalten. Auch in dem
Bauteilbehälter mit der Trägerplatte und der Bauplattform, einem etwaigen
Vorratsbehälter, einem Pulverbehälter und einem Pulverüberlauf der PBLS-Anlage herrscht Vakuum oder Schutzgasatmosphäre, weshalb diese hierfür entsprechend gasdicht an die Prozesskammer angeschlossen sind. Beim PBLS-Verfahren, das auf einer entsprechenden PBLS-Anlage durchgeführt werden kann, wird mittels des beweglichen Auftragsmediums, das beispielsweise als Bürste, Klinge, oder Gummilippe ausgebildet sein kann, eine erste dünne
Pulverschicht des zu verarbeitenden Werkstoffs mit einer gleichmäßigen Schichtdicke von üblicherweise 10 bis 100 pm auf eine Bauplattform aufgetragen. Das
Auftragsmedium ist üblicherweise an einem Schieber befestigt, der zur erforderlichen Bewegung des Auftragsmediums entsprechend beweglich, insbesondere
translatorisch und parallel zum Kammerboden, gelagert ist. Die Bauplattform ist hierbei zunächst in einer Ausgangslage angeordnet, in der sich die Bauplattform mit ihrer Oberfläche um den Betrag der gewünschten Schichtdicke unterhalb einer sich horizontal erstreckenden und in der Regel vom Kammerboden oder in dessen Nahbereich, das heißt bis ca. 3 mm oberhalb des Kammerbodens, gebildeten Arbeitsebene befindet. Oberhalb und parallel zur Arbeitsebene ist das
Auftragsmedium über den Schieber beweglich, um das Pulver auf die Bauplattform zu schieben beziehungsweise aufzutragen.
Aus einem neben der Bauplattform angeordneten Pulverbehälter kann ein
sogenannter Bottom Up-Pulverfördermechanismus, insbesondere im laufenden Betrieb der PBLS-Anlage, Pulver bereitstellen. Beim Überfahren des Pulverbehälters, der über den Bottom Up-Pulverfördermechanismus Pulver von unterhalb des
Kammerbodens in Richtung des Kammerbodens fördert und dort über eine Öffnung des Pulverbehälters dieses für das Auftragsmedium bereitstellt, und des
Bauteilbehälters mit der Bauplattform überspannt das Auftragsmedium die Öffnung des jeweiligen Behälters vollständig, um zwischen der Bauplattform und der
Arbeitsebene eine gleichmäßige Pulverschicht mit möglichst ebener Oberfläche erzeugen zu können. Anschließend wird das Pulver der aufgetragenen Schicht mittels eines Laserstrahls selektiv beziehungsweise lokal, das heißt nur in nach einem 3D- CAD-Modell des zu fertigenden Bauteils ausgewählten Bereichen, vorzugsweise vollständig aufgeschmolzen, wobei auch poröse Strukturen erzeugt werden können. Ausgehend von der Ausgangslage wird die Bauplattform nach dem Schmelzen der ausgewählten Bereiche der ersten Pulverschicht um den Betrag einer weiteren gewünschten Schichtdicke abgesenkt und eine weitere Pulverschicht auf die jeweils vorherige Schicht aufgetragen, aufgeschmolzen und hierdurch verdichtet sowie mit der vorherigen Schicht verbunden. Zumindest eine der vorherigen Schichten wird hierbei zumindest teilweise wieder aufgeschmolzen, um eine stoffschlüssige
Verbindung mit der folgenden Schicht zu gewährleisten. Dieser Zyklus wiederholt sich mit mehreren Pulverschichten. Durch das vollständige Aufschmelzen und
anschließende Erstarren der in der jeweiligen Pulverschicht ausgewählten Bereiche erfolgt somit ein schichtweises Verdichten des Werkstoffs zu dem zu fertigenden Bauteil. Durch das selektive Aufschmelzen ausgewählter Bereiche in jeder
Pulverschicht wird in dem Bauteilbehälter zwischen der Bauplattform und der Arbeitsebene auch ein Pulverbett aus nicht aufgeschmolzenem Pulver aller aufgetragenen Schichten aufgebaut, das das Bauteil umgibt. Zur Bauteilentnahme aus dem Pulverbett wird der von der Bauplattform gebildete Boden des
Bauteilbehälters in Richtung der Arbeitsebene und damit in Richtung einer dem Boden gegenüberliegenden oberen Öffnung des Bauteilbehälters angehoben und die Bauplattform, mit der das Bauteil über die erste Schicht stoffschlüssig verbunden ist aus der PBLS-Anlage entnommen. Das Bauteil wird anschließend von der
Bauplattform getrennt, beispielswiese abgesägt. Alternativ kann das Trennen entfallen, sofern die Bauplattform eine Preform ist, die Teil des Bauteils geworden ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Ansicht einer PBLS-Anlage mit einer Laser-Scannereinheit und einer geöffneten Prozesskammer,
Figur 2 eine Ansicht einer Multiscanner-PBLS-Anlage mit zwei Laser- Scannereinheiten und einer geöffneten Prozesskammer,
Figur 3 eine Ansicht eines Bauteilbehälters,
Figur 4 eine schematische Querschnitts-Ansicht des Bauteilbehälters aus Figur 3, Figur 5 eine schematische Darstellung einer Positionskalibrierung der Laser- Scannereinheit der PBLS-Anlage mittels einer absoluten Referenzmarke und einem globalen Detektor,
Figur 5a eine schematische Darstellung nach der zu Figur 5 beschriebenen
Positionskalibrierung,
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Positionskalibrierung der Laser- Scannereinheit der PBLS-Anlage mittels einer absoluten Referenzmarke und einem lokalen Detektor,
Figur 6a eine schematische Darstellung nach der zu Figur 6 beschriebenen
Positionskalibrierung,
Figur 7 eine schematische Darstellung einer Fokuskalibrierung der Laser- Scannereinheit der PBLS-Anlage mittels einer absoluten Referenzmarke und einem globalen Detektor,
Figur 7a eine schematische Darstellung nach der zu Figur 7 beschriebenen
Fokuskalibrierung,
Figur 8 eine schematische Darstellung einer Fokuskalibrierung der Laser- Scannereinheit der PBLS-Anlage mittels einer absoluten Referenzmarke und einem lokalen Detektor,
Figur 8a eine schematische Darstellung nach der zu Figur 8 beschriebenen
Fokuskalibrierung,
Figur 9 eine schematische Darstellung einer Positionskalibrierung einer von zwei Laser-Scannereinheiten der Multiscanner-PBLS-Anlage mittels einer relativen
Referenzmarke und einem globalen Detektor,
Figur 9a eine schematische Darstellung nach der zu Figur 9 beschriebenen
Positionskalibrierung,
Figur 10 eine schematische Darstellung einer Positionskalibrierung einer von zwei Laser-Scannereinheiten der Multiscanner-PBLS-Anlage mittels einer relativen
Referenzmarke und einem lokalen Detektor,
Figur 10a eine schematische Darstellung nach der zu Figur 10 beschriebenen
Positionskalibrierung,
Figur 1 1 eine schematische Darstellung einer Fokuskalibrierung der Laser- Scannereinheit der PBLS-Anlage mittels einem lokalen Detektor, und
Figur 1 1a eine schematische Darstellung nach der zu Figur 11 beschriebenen
Fokuskalibrierung.
Die Figur 1 zeigt eine Ansicht einer PBLS-Anlage 1 mit einer als Laser-Scannereinheit 2 ausgebildeten Strahlquelle-Ablenk-Einheit. Die PBLS-Anlage 1 weist eine
Prozesskammer auf, die ein Prozesskammer-Oberteil 3 und ein Prozesskammer- Unterteil 4 umfasst. Über mindestens eine in dem Oberteil 3 vorgesehene Öffnung, die beispielsweise mittels Glas gasdicht verschlossen ist, können Strahlen der außerhalb der Prozesskammer angeordneten Scannereinheit 2 in die Prozesskammer eingekoppelt werden. Das Unterteil 4 wird nach unten hin über einen Kammerboden 5 der Prozesskammer abgeschlossen. Die Prozesskammer ist in der dargestellten Ansicht geöffnet und hierfür aufgeklappt, wofür das Oberteil 3 vom stationären Unterteil 4 und dem Kammerboden 5 nach oben und seitlich weggeschwenkt wurde. An einer Innenseite des Prozesskammer-Oberteils 3 ist ein Schieber 8 parallel zu einem Kammerboden 5 der Prozesskammer translatorisch beweglich gelagert. Am Schieber 8 ist ein Auftragsmedium 7, das beispielsweise als Bürste, Klinge, oder Gummilippe ausgebildet sein kann, befestigt, so dass bei geschlossener
Prozesskammer über eine Bewegung des Schiebers 8 das Auftragsmedium 7 translatorisch und parallel zum Kammerboden 5 der Prozesskammer bewegt werden kann. Das Auftragsmedium 7 wird dabei genutzt, um Pulver auf einer gegenüber dem Kammerboden 5 vertikal heb- und senkbaren Bauplattform 6 zu verteilen
beziehungsweise an diese abzugeben. Zu diesem Zweck überspannt das
Auftragsmedium 7 bei geschlossener Prozesskammer die Bauplattform 6 quer zu seiner Bewegungsrichtung. Das Pulver wird aus einem Pulverbehälter 10 neben der Bauplattform 6 über einen so genannten Bottom Up-Pulverfördermechanismus von unterhalb des Kammerbodens 5 in Richtung des Kammerbodens 5 gefördert und dort über eine Öffnung 10a des Pulverbehälter 10 für das Auftragsmedium 7 bereitgestellt. Über einen mit dem Pulverbehälter 10 verbundenen Vorratsbehälter 9 kann der Pulverbehälter 10 beziehungsweise dessen Bottom Up-Pulverfördermechanismus, insbesondere im laufenden Betrieb der PBLS-Anlage 1 , mit Pulver versorgt werden. Auf der Bauplattform 6 wird das Bauteil mit dem oben beschriebenen PBLS-Verfahren hergestellt. An einer in Bewegungsrichtung des Schiebers 8 beziehungsweise des Auftragsmediums 7 gesehen und dem Pulverbehälter 10a gegenüberliegenden Seite der Bauplattform 6 ist ein Pulverüberlauf 10b angeordnet, der überschüssiges Pulver aufnimmt, welches im Zuge des Überfahrens der Bauplattform 6 nicht vom
Auftragsmedium 7 an diese abgegeben wurde. Die Bauplattform 6 ist
dementsprechend zwischen dem Pulverbehälter 10 und dem Pulverüberlauf 10b angeordnet.
Die Figur 2 zeigt eine Ansicht einer Multiscanner-PBLS-Anlage 11 mit zwei Laser- Scannereinheiten 2, welche beide der Bauplattform 6 zugeordnet sind. Alternativ kann die Multiscanner-PBLS-Anlage 11 auch mehr als zwei Laser-Scannereinheiten aufweisen. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu Figur 1 auch für die in Figur 2 gezeigte PBLS-Anlage 1.
Die Figur 3 zeigt eine Ansicht eines Bauteilbehälters 12. Dieser wird seitlich durch die Bauteilbehälterseitenwand 13 begrenzt. Die Bauplattform 6 ist entsprechend der Grundfläche des Bauteilbehälters 12 innerhalb dessen Bauteilbehälterseitenwand 13 eingepasst. Die Bauplattform 6 kann beispielsweise von einer Substratplatte, von der das fertige Bauteil getrennt werden muss, oder einer Preform, die Teil des Bauteils wird, gebildet werden. Die Bauplattform 6 wird von einer hier nicht dargestellten Trägerplatte 16 (siehe Figur 4) getragen, die wiederum gemeinsam mit der
Bauplattform 6 innerhalb des Bauteilbehälters 12 über einen Hubantrieb vertikal gehoben und gesenkt werden kann. Der Hubantrieb kann beispielsweise einen elektromechanischen Hubzylinder, Kugelgewindetrieb, Riementrieb, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb umfassen. Im vorliegenden Beispiel weist der Hubantrieb einen oder mehrere mit der T rägerplatte 16 verbundene Antriebsschlitten 15 (siehe Figur 4) auf, die dann entlang einer oder mehrerer Antriebsschienen 14 vertikal verfahren werden können.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Querschnitts-Ansicht des unter Figur 3 beschriebenen Bauteilbehälters 12. Die Trägerplatte 16 bildet den beweglichen Boden des Bauteilbehälters 12, der sich mit einer dem Boden gegenüberliegenden oberen Öffnung unterhalb der Arbeitsebene 17 an die Arbeitsebene 17 anschließt. Hierbei ist die Trägerplatte 16 nach Art eines Kolbens innerhalb der rechtwinklig zum Boden verlaufenden Bauteilbehälterseitenwand 13 des Bauteilbehälters 12 eingepasst und beweglich, um mittels des Hubantriebs schrittweise in Bezug zur Arbeitsebene 17 abgesenkt oder angehoben werden zu können. Die Bauplattform 6 wird von der Trägerplatte 16 getragen und ist auf dieser angeordnet, beispielsweise aufgelegt oder lösbar befestigt, insbesondere angeschraubt oder verspannt. Eine Referenzfläche 30 wird von der auf der Trägerplatte 16 angeordneten Bauplattform 6 gebildet. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu Figur 3 auch für den in Figur 4 gezeigten Bauteilbehälter 12.
Die Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Positionskalibrierung der Laser- Scannereinheit 2 der PBLS-Anlage 1 mittels einer virtuellen, absoluten
Referenzmarke und einem globalen Detektor 26. Der für diese Positionskalibrierung benötigte Aufbau umfasst neben der Laser-Scannereinheit 2, dem globalen Detektor 26 und einer die virtuelle, absolute Referenzmarke erzeugenden Einheit 24 eine Steuereinheit 28 und eine Referenzfläche 30, auf die die absolute Referenzmarke und der Laserstrahl 20 der Laser-Scannereinheit 2 projiziert werden. Die Laser- Scannereinheit 2 umfasst eine Laserstrahlquelle 18 und eine Ablenkeinheit 19. Die Ablenkeinheit 19 umfasst einen Umlenkspiegel 21 , zwei Fokussierlinsen 22, von denen mindestens eine beweglich ist, und zwei Umlenkspiegel 23. Die Laser- Scannereinheit 2 ist in horizontaler und/oder vertikaler Richtung verfahrbar. Die Einheit 24 und die Referenzfläche 30, durch heben/senken der Trägerplatte 16, sind vertikal bewegbar. Dies ermöglicht somit, die relative Position und insbesondere den Abstand zwischen der Referenzfläche 30 und der Laser-Scannereinheit 2 sowie der Einheit 24 einzustellen. Der globale Detektor 26 verfügt über einen Erfassungsbereich 34, der größer als die Referenzfläche 30 ist. Zur Positionskalibrierung wird die Laser-Scannereinheit 2 über die Signalverbindung 29 von der Steuereinheit 28 angesteuert, sodass diese einen Laserstrahl 20 erzeugt, der mit einer entsprechenden Querschnittsfläche (nicht dargestellt) auf die Referenzfläche 30 projiziert wird. Zudem wird die Einheit 24 von der Steuereinheit 28 über die Signalverbindung 29 angesteuert, sodass diese einen elektromagnetischen Strahl 25 erzeugt, der auf die Referenzfläche 30 die absolute Referenzmarke mit einer entsprechenden Querschnittsfläche (nicht dargestellt) projiziert. Nach Erfassung der Querschnittsflächen der auf die Referenzfläche 30 projizierten Strahlen 20, 25 durch den globalen Detektor 26 wird ein entsprechendes Signal über die Signalverbindung 29 zwischen dem globalen Detektor 26 und der Steuereinheit 28 zur Auswertung an die Steuereinheit 28 übermittelt. Die
Steuereinheit 28 wertet das Signal vom Detektor 26 aus, indem der Bezugspunkt 38 des Laserstrahls 20, insbesondere der hierdurch erzeugten Querschnittsfläche, sowie der Bezugspunkt 31 der absoluten Referenzmarke, insbesondere der hierdurch erzeugten Querschnittsfläche, von der Steuereinheit 28 berechnet und/oder definiert wird. Die Bezugspunkte 31 , 38 sind jeweils anhand einer kreuzförmigen Markierung auf der Referenzfläche 30 dargestellt. Anschließend wertet die Steuereinheit 28 eine Soll-Ist-Abweichung 33 zwischen den Bezugspunkten 31 , 38 aus, indem sie einen Abstand zwischen den Bezugspunkten 31 , 38 ermittelt, und sendet zur Korrektur der entsprechenden Einstellung der Laser-Scannereinheit 2 ein Signal über die
Signalverbindung 29 zwischen der Steuereinheit 28 und der Laser-Scannereinheit 2. Falls erforderlich, wird der Ablauf sooft wiederholt, bis der Bezugspunkt 38 des Laserstrahls 20 der Laser-Scannereinheit 2 über dem Bezugspunkt 31 des elektromagnetischen Strahls 25 der Einrichtung 24 liegt. Gemäß dieser
Vorgehensweise wird also eine Positionskalibrierung mittels einer absoluten
Referenzmarke und einem globalen Detektor 26 durchgeführt. Bei einer Multiscanner- PBLS-Anlage 11 kann diese Positionskalibrierung an jeder weiteren der Laser- Scannereinheiten 2 analog durchgeführt werden.
Die Figur 5a zeigt eine schematische Darstellung nach der zu Figur 5 beschriebenen Positionskalibrierung. Die Bezugspunkte 31 und 38 liegen hier durch die
vorgenommene Positionskalibrierung übereinander. Die Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Positionskalibrierung der Strahlquelle-Ablenk-Einheit 2 der PBLS-Anlage 1 mittels einer absoluten
Referenzmarke und einem lokalen Detektor 27. Im Gegensatz zur
Positionskalibrierung gemäß Figur 5 wird also ein lokaler statt einem globalen
Detektor eingesetzt. Der lokale Detektor 27 verfügt über einen Erfassungsbereich 35, der kleiner als die Referenzfläche 30 und der Laser-Scannereinheit 2 zugeordnet ist. Damit der lokale Detektor 27 die Querschnittsfläche der absoluten Referenzmarke sowie Querschnittsfläche des Laserstrahls 20, der von der ihm zugeordneten Laser- Scannereinheit 2 erzeugt wird, erfassen kann, ist der Umlenkspiegel 21 derart teildurchlässig ausgestaltet und eingerichtet, dass durch diesen entsprechende elektromagnetische Strahlen dringen können, die von der Referenzfläche 30 reflektiert werden. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu Figur 5 auch für die in Figur 6 gezeigte Ausführungsform.
Die Figur 6a zeigt eine schematische Darstellung nach der zu Figur 6 beschriebenen Positionskalibrierung. Die Bezugspunkte 31 und 38 liegen hier durch die
vorgenommene Positionskalibrierung übereinander.
Die Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Fokuskalibrierung der Laser- Scannereinheit 2 der PBLS-Anlage 1 mittels einer von der Einrichtung 24 auf die Referenzfläche 30 projizierten absoluten Referenzmarke und einem globalen Detektor 26. Bei der Fokuskalibrierung wird statt der Soll-Ist-Abweichung 33 zwischen den Bezugspunkten des Laserstrahls 20 und des elektromagnetischen Strahls 25 die Soll- Ist-Abweichung 33 zwischen der lateralen Ist-Ausdehnung 37 des Laserstrahls 20 und der lateralen Ist-Ausdehnung 36 des elektromagnetischen Strahls 25 bestimmt. Die laterale Ist-Ausdehnung 37 des Laserstrahls 20 und die laterale Ist-Ausdehnung 36 des elektromagnetischen Strahls 25 sind anhand einer runden Markierung auf der Referenzfläche 30 dargestellt. Die laterale Ist-Ausdehnung 37 des Laserstrahls 20 ist in diesem Beispiel größer als die laterale Ist-Ausdehnung 36 des elektromagnetischen Strahls 25. Nach einer entsprechenden Auswertung durch die Steuereinheit 28 wird die Laser-Scannereinheit 2 von der Steuereinheit 28 über die Signalverbindung 29 zwischen der Steuereinheit 28 und der Laser-Scannereinheit 2 angesteuert. Die Einstellung der Laser-Scannereinheit 2 und insbesondere der beweglichen
Fokussierlinse(n) 22 wird/werden so verändert, dass die laterale Ist-Ausdehnung 37 des Laserstrahls 20 mit der lateralen Ist-Ausdehnung 36 des elektromagnetischen Strahls 25 übereinstimmt. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu Figur 5 auch für die in Figur 7 gezeigte Ausführungsform.
Die Figur 7a zeigt eine schematische Darstellung nach der zu Figur 7 beschriebenen Fokuskalibrierung. Die lateralen Ist-Ausdehnungen 37 und 36 liegen hier durch die vorgenommene Fokuskalibrierung deckungsgleich übereinander.
Die Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Fokuskalibrierung der Laser- Scannereinheit 2 der PBLS-Anlage 1 mittels einer von der Einrichtung 24 auf die Referenzfläche 30 projizierten absoluten Referenzmarke und einem lokalen Detektor 27. Im Gegensatz zur Fokuskalibrierung mittels globalem Detektor 26 wird bei dieser Ausführungsform ein lokaler Detektor 27 eingesetzt. Im Übrigen gelten die
Ausführungen zu den Figuren 5, 6 und 7 auch für die in Figur 8 gezeigte
Ausführungsform.
Die Figur 8a zeigt eine schematische Darstellung nach der zu Figur 8 beschriebenen Fokuskalibrierung. Die lateralen Ist-Ausdehnungen 37 und 36 liegen hier durch die vorgenommene Fokuskalibrierung deckungsgleich übereinander.
Die Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Positionskalibrierung einer von zwei Laser-Scannereinheiten 2 der Multiscanner-PBLS-Anlage 1 1 mittels einer virtuellen, relativen Referenzmarke und einem globalen Detektor 26. Die
Multiscanner-PBLS-Anlage 11 weist zwei Laser-Scannereinheiten 2 auf. Die eine Laser-Scannereinheit 2 wird anhand der anderen Laser-Scannereinheit 2 kalibriert. Dazu erzeugt die eine Laser-Scannereinheit 2 einen Laserstrahl 20, der auf die Referenzfläche 30 projiziert wird und als virtuelle, relative Referenzmarke dient. Der Bezugspunkt 32 dieser relativen Referenzmarke wird von der Steuereinheit 28 berechnet und/oder definiert und ist anhand einer kreuzförmigen Markierung auf der Referenzfläche 30 dargestellt. Anschließend oder gleichzeitig wird von der anderen Laser-Scannereinheit 2 ein Laserstrahl 20 erzeugt und auch auf die Referenzfläche 30 projiziert. Der Bezugspunkt 38 des Laserstrahls 20 wird von der Steuereinheit 28 berechnet und/oder definiert und ist auch anhand einer kreuzförmigen Markierung auf der Referenzfläche 30 dargestellt. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu Figur 5 auch für die in Figur 9 gezeigte Ausführungsform, wobei statt der absoluten
Referenzmarke die relative Referenzmarke der einen Laser-Scannereinheit 2 verwendet wird.
Die Figur 9a zeigt eine schematische Darstellung nach der zu Figur 9 beschriebenen Positionskalibrierung. Die Bezugspunkte 32 und 38 liegen hier infolge der
Positionskalibrierung übereinander.
Die Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Positionskalibrierung einer von zwei Laser-Scannereinheiten 2 der Multiscanner-PBLS-Anlage 1 1 mittels einer relativen Referenzmarke und einem lokalen Detektor 27. Im Gegensatz zu der in Figur 9 gezeigten Ausführungsform werden statt des globalen Detektors 26 zwei, jeweils den Laser-Scannereinheiten 2 zugeordnete, lokale Detektoren 27 eingesetzt, um die Soll-Ist-Abweichung 33 zu ermitteln. Es reicht jedoch, wenn nur einer der beiden Laser-Scannereinheiten 2 ein entsprechender lokaler Detektor 27 zugeordnet wird. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den Figuren 6 und 9 auch für die in Figur 10 gezeigte Ausführungsform.
Die Figur 10a zeigt eine schematische Darstellung nach der zu Figur 10
beschriebenen Positionskalibrierung. Die Bezugspunkte 32 und 38 liegen hier infolge der Positionskalibrierung übereinander.
Die Figur 11 zeigt eine schematische Darstellung einer Fokuskalibrierung der Laser- Scannereinheit 2 der PBLS-Anlage 1 mittels einem lokalen Detektor 27. Im
Gegensatz zur Fokuskalibrierung mittels einer von der Einrichtung 24 auf die
Referenzfläche 30 projizierten absoluten Referenzmarke und einem lokalen Detektor 27 wird bei dieser Ausführungsform keine absolute Referenzmarke eingesetzt. Die laterale Soll-Ausdehnung 39 ist vorgegeben und wird von der Steuereinheit 28 zur Auswertung der Soll-Ist-Abweichung 33 herangezogen. Die Vorgabe kann
beispielsweise aus einer rechnerischen oder einer iterativen, während der
Auswertung der Soll-Ist-Abweichung 33 durchgeführten, Ermittlung der Soll- Ausdehnung entstehen. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den Figuren 5, 6 und 7 auch für die in Figur 11 gezeigte Ausführungsform.
Die Figur 11 a zeigt eine schematische Darstellung der Laser-Scannereinheit 2 der PBLS-Anlage 1 nach der zu Figur 1 1 beschriebenen Fokuskalibrierung. Die laterale Ist-Ausdehnung 37 und die laterale Soll-Ausdehnung 39 des Laserstrahls 20 liegen hier durch die vorgenommene Fokuskalibrierung deckungsgleich übereinander.
Bezugszeichenliste
1 PBLS-Anlage
2 Laser-Scannereinheit
3 Prozesskammer-Oberteil
4 Prozesskammer-Unterteil
5 Kammerboden
6 Bauplattform
7 Auftragsmedium
8 Schieber
9 Vorratsbehälter
10 Pulverbehälter
10a Öffnung des Pulverbehälters
10b Pulverüberlauf
1 1 Multiscanner-PBLS-Anlage
12 Bauteilbehälter
13 Bauteilbehälterseitenwand
14 Antriebsschiene
15 Antriebsschlitten
16 Trägerplatte
17 Arbeitsebene
18 Laserstrahlquelle
19 Ablenkeinheit
20 Laserstrahl
21 Umlenkspiegel
22 Fokussierlinse
23 Umlenkspiegel
24 Einrichtung zur Erzeugung einer absoluten Referenzmarke
25 Elektromagnetischer Strahl
26 Globaler Detektor
27 Lokaler Detektor
28 Steuereinheit
29 Signalverbindung
30 Referenzfläche
31 Bezugspunkt der absoluten Referenzmarke 32 Bezugspunkt der relativen Referenzmarke
33 Soll-Ist-Abweichung
34 Erfassungsbereich des globalen Detektors
35 Erfassungsbereich des lokalen Detektors
36 laterale Ist-Ausdehnung des elektromagnetischen Strahls
37 laterale Ist-Ausdehnung des Laserstrahls
38 Bezugspunkt des Laserstrahls
39 laterale Soll-Ausdehnung des Laserstrahls

Claims

Patentansprüche
1. Kalibrierverfahren für eine Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere PBLS-Anlage (1 , 11 ), mit einer Strahlquelle-Ablenk-Einheit und einer heb- und senkbaren Trägerplatte (16), oberhalb derer ein Bauteil aufgebaut wird, wobei zur Kalibrierung der Strahlquelle-Ablenk-Einheit mindestens eine virtuelle Referenzmarke genutzt wird und mittels eines Detektors (26, 27) eine Soll-Ist-Abweichung (33) zwischen der virtuellen Referenzmarke und einem Strahl der Strahlquelle-Ablenk- Einheit ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine virtuelle Referenzmarke auf eine mittels der heb- und senkbaren Trägerplatte (16) vertikal verfahrbare Referenzfläche (30) und unabhängig von deren vertikaler Position projiziert wird.
2. Kalibrierverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als virtuelle
Referenzmarke eine absolute Referenzmarke, insbesondere durch eine von der Strahlquelle-Ablenk-Einheit verschiedene Einrichtung (24) der Anlage, erzeugt wird.
3. Kalibrierverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der mindestens einen absoluten Referenzmarke eine Fokuskalibrierung der Strahlquelle-
Ablenk-Einheit durch geführt wird und hierzu mittels des Detektors (26, 27) eine Soll- Ist-Abweichung (33) zwischen der absoluten Referenzmarke und einem Strahl der Strahlquelle-Ablenk-Einheit ermittelt und eine Einstellung der Strahlquelle-Ablenk- Einheit und/oder des Strahls korrigiert wird, um die ermittelte Soll-Ist-Abweichung (33) zu minimieren, zu eliminieren oder auf einen gewünschten Wert einzustellen.
4. Kalibrierverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der mindestens einen absoluten Referenzmarke eine Positionskalibrierung der Strahlquelle-Ablenk-Einheit durchgeführt wird und hierzu mittels des Detektors (26, 27) eine Soll-Ist-Abweichung (33) zwischen der absoluten Referenzmarke und einem
Strahl der Strahlquelle-Ablenk-Einheit ermittelt und eine Einstellung der Strahlquelle- Ablenk-Einheit und/oder des Strahls korrigiert wird, um die ermittelte Soll-Ist- Abweichung (33) zu minimieren, zu eliminieren oder auf einen gewünschten Wert einzustellen.
5. Kalibrierverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass anhand der mindestens einen absoluten Referenzmarke eine Fokuskalibrierung einer zweiten, vorzugsweise jeder weiteren, Strahlquelle-Ablenk- Einheit der Anlage durchgeführt wird.
6. Kalibrierverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass anhand der mindestens einen absoluten Referenzmarke eine Positionskalibrierung einer zweiten, vorzugsweise jeder weiteren, Strahlquelle-Ablenk- Einheit der Anlage durchgeführt wird.
7. Kalibrierverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass als virtuelle Referenzmarke eine relative Referenzmarke durch die Strahlquelle-Ablenk-Einheit erzeugt wird.
8. Kalibrierverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass, vorzugsweise nach der anhand der mindestens einen absoluten Referenzmarke erfolgten Fokuskalibrierung einer ersten Strahlquelle- Ablenk-Einheit, mittels der ersten Strahlquelle-Ablenk-Einheit eine Fokuskalibrierung einer zweiten, vorzugsweise jeder weiteren, Strahlquelle-Ablenk-Einheit durchgeführt wird und hierzu mittels des Detektors (26, 27) eine Soll-Ist-Abweichung (33) zwischen einem Strahl der ersten Strahlquelle-Ablenk-Einheit, welcher die relative
Referenzmarke erzeugt, und einem Strahl der zweiten, vorzugsweise jeder weiteren, Strahlquelle-Ablenk-Einheit ermittelt und eine Einstellung der zweiten Strahlquelle- Ablenk-Einheit und/oder des Strahls korrigiert wird, um die ermittelte Soll-Ist- Abweichung (33) zu minimieren, zu eliminieren oder auf einen gewünschten Wert einzustellen.
9. Kalibrierverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionskalibrierung einer zweiten Strahlquelle-Ablenk-Einheit in Bezug auf die relative Referenzmarke durch geführt wird und hierzu mittels des Detektors (26, 27) eine Soll-Ist-Abweichung (33) zwischen der relativen Referenzmarke und einem Strahl der zweiten Strahlquelle-Ablenk-Einheit ermittelt und eine Einstellung der zweiten Strahlquelle-Ablenk-Einheit und/oder des Strahls korrigiert wird, um die ermittelte Soll-Ist-Abweichung (33) zu minimieren, zu eliminieren oder auf einen gewünschten Wert einzustellen.
10. Kalibrierverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Positionskalibrierung und/oder die Fokuskalibrierung verwendete Detektor ein globaler Detektor (26) ist, welcher, insbesondere mittig, über der Referenzfläche (30) angeordnet ist und vorzugsweise eine Kamera umfasst, und zur Ermittlung der Soll-Ist-Abweichung (33) zwischen jeder Referenzmarke und dem Strahl jeder Strahlquelle-Ablenk-Einheit eingesetzt wird.
1 1. Kalibrierverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Positionskalibrierung und/oder die Fokuskalibrierung verwendete Detektor ein lokaler Detektor (27) ist, welcher insbesondere einer der Strahlquelle-Ablenk-Einheiten zugeordnet ist und vorzugsweise eine Kamera umfasst, und zur Ermittlung der Soll-Ist-Abweichung (33) zwischen jeder Referenzmarke und dem Strahl der ihm zugeordneten Strahlquelle-Ablenk-Einheit eingesetzt wird.
12. Kalibrierverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Detektors (26, 27) eine Fokuskalibrierung der Strahlquelle-Ablenk-Einheit durchgeführt wird und hierzu mittels des Detektors (26,
27) eine Soll-Ist-Abweichung (33) zwischen einer für den von der Strahlquelle-Ablenk- Einheit erzeugten Strahl vorgegebenen lateralen Soll-Ausdehnung (39) und/oder Soll- Intensität und einer lateralen Ist-Ausdehnung (37) und/oder Ist-Intensität eines von der Strahlquelle-Ablenk-Einheit erzeugten Strahls ermittelt und eine Einstellung der Strahlquelle-Ablenk-Einheit und/oder des Strahls korrigiert wird, um die ermittelte Soll- Ist-Abweichung (33) zu minimieren, zu eliminieren oder auf einen gewünschten Wert einzustellen.
13. Kalibrierverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionskalibrierung und/oder die Fokuskalibrierung vor und/oder während eines Baujobs durch geführt wird.
14. Steuereinheit (28) für eine Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere PBLS-Anlage (1 , 11 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (28) eingerichtet und ausgebildet ist, die Anlage so zu steuern, dass ein Kalibrierverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird.
15. Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere PBLS-Anlage (1 , 11 ), mit einer heb- und senkbaren Trägerplatte (16) und einer Strahlquelle-Ablenk-Einheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Steuereinheit (28) nach Anspruch 14 sowie einen globalen und/oder lokalen Detektor (26; 27) aufweist und damit eingerichtet und ausgebildet ist, das Kalibrierverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13
durchzuführen, oder eine Steuereinheit (28) nach Anspruch 15, eine Einrichtung (24) zur Erzeugung von absoluten Referenzmarken sowie einen globalen und/oder lokalen Detektor (26; 27) aufweist und damit eingerichtet und ausgebildet ist, das
Kalibrierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen.
PCT/EP2019/081020 2018-11-12 2019-11-12 Verbessertes kalibrierverfahren für eine anlage zum pulverbettbasierten generieren von dreidimensionalen bauteilen mittels elektromagnetischer strahlung WO2020099402A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19805190.6A EP3880392A1 (de) 2018-11-12 2019-11-12 Verbessertes kalibrierverfahren für eine anlage zum pulverbettbasierten generieren von dreidimensionalen bauteilen mittels elektromagnetischer strahlung
US17/292,976 US20220024122A1 (en) 2018-11-12 2019-11-12 Improved calibration method for a system for powder bed-based generating of three-dimensional components by means of electromagnetic radiation

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018128279.6A DE102018128279A1 (de) 2018-11-12 2018-11-12 Verbessertes Kalibrierverfahren für eine Anlage zum pulverbettbasierten Generieren von dreidimensionalen Bauteilen mittels elektromagnetischer Strahlung
DE102018128279.6 2018-11-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020099402A1 true WO2020099402A1 (de) 2020-05-22

Family

ID=68583357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/081020 WO2020099402A1 (de) 2018-11-12 2019-11-12 Verbessertes kalibrierverfahren für eine anlage zum pulverbettbasierten generieren von dreidimensionalen bauteilen mittels elektromagnetischer strahlung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220024122A1 (de)
EP (1) EP3880392A1 (de)
DE (1) DE102018128279A1 (de)
WO (1) WO2020099402A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022110658A1 (de) 2022-05-02 2023-11-02 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Vermessen einer Bauplattform einer generativen Fertigungsvorrichtung, Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, generative Fertigungsvorrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung, Verfahren zum generativen Fertigen eines Bauteils und Computerprogrammprodukt
DE102022112241A1 (de) 2022-05-16 2023-11-16 Dmg Mori Additive Gmbh Additive Fertigungsvorrichtung mit entkoppelter Prozesskammer und additives Fertigungsverfahren
NL2033096B1 (en) * 2022-09-21 2024-03-26 Additive Ind Bv An apparatus for producing an object by means of additive manufacturing and a method of calibrating the apparatus

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19649865C1 (de) 1996-12-02 1998-02-12 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers
DE102013208651A1 (de) 2013-05-10 2014-11-13 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren zum automatischen Kalibrieren einer Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102016106403A1 (de) 2016-04-07 2017-10-12 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Verfahren zur Kalibrierung wenigstens eines Scannsystems, einer SLS- oder SLM-Anlage
DE102016011801A1 (de) 2016-09-30 2018-04-05 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts und zum Durchführen des Verfahrens ausgebildete Vorrichtung
DE102017202725B3 (de) 2017-02-21 2018-07-19 SLM Solutions Group AG Vorrichtung und Verfahren zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems, das zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks verwendet wird
EP3351323A1 (de) * 2017-01-20 2018-07-25 General Electric Company Generativer fertigungsapparat mit systemen zur integrierten beurteilung der generativen fertigung und korrektur der laserrichtgenauigkeit für mehrlaserapparat
US20180281067A1 (en) * 2017-04-04 2018-10-04 Nlight, Inc. Optical fiducial generation for galvanometric scanner calibration
EP3527352A1 (de) * 2018-02-15 2019-08-21 SLM Solutions Group AG Vorrichtung und verfahren zur kalibrierung eines bestrahlungssystems einer vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen werkstücks

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19649865C1 (de) 1996-12-02 1998-02-12 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers
DE102013208651A1 (de) 2013-05-10 2014-11-13 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren zum automatischen Kalibrieren einer Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102016106403A1 (de) 2016-04-07 2017-10-12 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Verfahren zur Kalibrierung wenigstens eines Scannsystems, einer SLS- oder SLM-Anlage
DE102016011801A1 (de) 2016-09-30 2018-04-05 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts und zum Durchführen des Verfahrens ausgebildete Vorrichtung
EP3351323A1 (de) * 2017-01-20 2018-07-25 General Electric Company Generativer fertigungsapparat mit systemen zur integrierten beurteilung der generativen fertigung und korrektur der laserrichtgenauigkeit für mehrlaserapparat
DE102017202725B3 (de) 2017-02-21 2018-07-19 SLM Solutions Group AG Vorrichtung und Verfahren zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems, das zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks verwendet wird
US20180281067A1 (en) * 2017-04-04 2018-10-04 Nlight, Inc. Optical fiducial generation for galvanometric scanner calibration
EP3527352A1 (de) * 2018-02-15 2019-08-21 SLM Solutions Group AG Vorrichtung und verfahren zur kalibrierung eines bestrahlungssystems einer vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen werkstücks

Also Published As

Publication number Publication date
US20220024122A1 (en) 2022-01-27
EP3880392A1 (de) 2021-09-22
DE102018128279A1 (de) 2020-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019086250A1 (de) Verfahren zur vermessung eines basiselements einer bauzylinder-anordnung, mit ablenkung eines messlaserstrahls durch eine scanner-optik
EP3880392A1 (de) Verbessertes kalibrierverfahren für eine anlage zum pulverbettbasierten generieren von dreidimensionalen bauteilen mittels elektromagnetischer strahlung
EP3034205A2 (de) Vorrichtung zur generativen herstellung eines bauteils
EP3463811B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur generativen fertigung von bauteilen
EP2544840B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines bauteils
EP3174654B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur generativen herstellung zumindest eines bauteilbereichs eines bauteils
EP2335848B1 (de) Optische Bestrahlungseinheit für eine Anlage zur Herstellung von Werkstücken durch Bestrahlen von Pulverschichten mit Laserstrahlung
WO2018153687A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum kalibrieren eines bestrahlungssystems, das zum herstellen eines dreidimensionalen werkstücks verwendet wird
EP2586597A1 (de) Vorrichtung zur Vermeidung von Ablagerungen an optischen Komponenten im Laser-Sintern
EP3625029B1 (de) Messsystem für eine vorrichtung zum generativen herstellen eines dreidimensionalen objekts
EP1194281A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur generativen herstellung eines dreidimensionalen objektes
EP1198341A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur herstellung von bauteilen aus einer werkstoffkombination
EP4116018A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum herstellen von dreidimensionalen werkstücken
EP3174655A1 (de) Kamerabasierte rauheitsbestimmung für generativ hergestellte bauteile
DE102015224395A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in Schichtbauweise, Verwendung einer Erfassungseinrichtung in einem Schichtbauverfahren
DE102010046467A1 (de) Vorrichtung zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers, sowie ein Verfahren und ein gemäß dem Verfahren hergestellten Bauteils
DE102009012543A1 (de) Schneidevorrichtung
DE102017124536A1 (de) Verfahren zum Betrieb zumindest einer Bearbeitungsvorrichtung sowie Bearbeitungsanlage
WO2020249460A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur referenzierung und kalibrierung einer laseranlage
EP2929962A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verbesserung der werkstoffqualität bei generatvien herstellverfahren
WO2020244712A1 (de) Druckverfahren zum herstellen einer mehrschichtkomponente mit einer online-prozesskontrolle und hierfür geeignete vorrichtung
WO2023217468A1 (de) Verfahren zur schichtweisen fertigung wenigstens eines objekts auf einem aufgerauten basiselement
DE102016124695A1 (de) Belichtungseinrichtung für eine Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte
DE102006056160A1 (de) Formwerkzeugkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
WO2017028834A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur herstellung oder reparatur eines dreidimensionalen objekts mittels eines parabolspiegels

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: 19805190

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019805190

Country of ref document: EP

Effective date: 20210614