WO2020127074A1 - Verfahren zur bearbeitung einer oberfläche mit energetischer strahlung - Google Patents

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Christian Tenbrock
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Florian EIBL
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Definitions

  • the present invention relates to a method for processing a surface with energetic radiation, in particular for selective laser melting, in which at least one energetic beam along a plurality of scan vectors running at a distance from one another over one or more regions of the
  • a substrate plate on which the powder layers are applied one after the other serves as the basis for powder bed-based beam melting processes.
  • the laser radiation is then guided, for example with the aid of galvanometer scanners, over the substrate plate or the construction field.
  • certain areas of the powder bed are covered in each layer using the
  • Areas are, depending on the process control strategy used, again divided into subordinate areas. With these subordinates
  • FIG. 1 shows an example of an exemplary component cross section of any layer of such a manufacturing process with a corresponding division into strips 2.
  • Solid line represents the component contour 1 of the component to be manufactured.
  • the width of the individual strips 2 is firmly defined.
  • Strip 2 is filled with individual scan vectors 3 running parallel to one another. These scan vectors 3 represent the path on which the laser beam is guided along for melting or exposing the layer.
  • FIG. 2 shows an example of a strip 2 of the component cross section from FIG. 1 with the associated scan vectors 3. During the exposure process, the scan vectors 3 of a strip 2 are moved one after the other. The laser beam then jumps to
  • each layer to be exposed has been scanned.
  • the area of each layer to be exposed can also be in instead of stripes
  • Chessboards The individual fields are then filled with scan vectors that are parallel to one another and identical to the strip exposure. Other patterns for dividing the exposing areas of a layer are possible. Below is an example of the stripe
  • Process control strategies for beam melting processes consist in defining a constant distance between the scan vectors lying within the strip. This distance is also called the track distance or hatch distance. The amount of
  • Track spacing is typically constant for all vectors within the stripes of a component.
  • the process parameters in general or the track spacing in particular are in such a process
  • the scan vector length is determined, the scan vector length corresponding to the stripe width.
  • a method for producing a three-dimensional object is known from DE 196 06 128 A1, in which the object is produced by successive
  • the scanning speed at which the beam is guided over the respective layer is moved into
  • a short scan vector is assigned a higher speed than a long scan vector.
  • Density distribution within the solidified layer leads. This strategy is particularly relevant for plastic components, for example to prevent overheating effects.
  • Additive manufacturing processes consist of the construction time required to manufacture a component.
  • the object of the present invention is to provide a generic method for processing a surface with energetic radiation, which increases the processing or construction speed without loss of processing accuracy
  • the method is intended in particular to
  • the task is performed according to the procedure
  • At least one energetic beam is passed in a known manner along one or more scan vectors running alongside one another at a distance from one another at a distance
  • Each of the scan vectors preferably extends over the entire area.
  • the method is characterized in that, with a varying length of the scan vectors in one or more of the areas, the distance between adjacent scan vectors is selected depending on the length of at least one of the respectively adjacent scan vectors.
  • the distance between adjacent scan vectors is selected depending on the length of at least one of the respectively adjacent scan vectors.
  • the distance between adjacent scan vectors is selected depending on the length of the scan vector along which the energetic beam is first guided.
  • the process thus enables the construction speed to be increased in the area of additive manufacturing, for example in selective laser melting.
  • the process can be done without any modification of the
  • Adjustments are primarily necessary in the software for data preparation and possibly in the software for controlling the system.
  • the method enables one, depending on the component geometry
  • Component structures with correspondingly short scan vectors can in particular benefit from the proposed method.
  • the shorter the average vector length for the respective component the greater the advantages of the method compared to conventional exposure strategies with a constant distance between the scan vectors.
  • Manufacturing processes can also be one
  • Remelting process can be achieved. This can have advantages in terms of process stability, for example reducing welding spatter, and
  • Component quality for example through reduced
  • Processing selected strips or fields varies according to the component contour. The shorter the length of one
  • Track spacing or distance of the scan vectors is set and a connection of the tracks to one another is ensured.
  • This variation of the distance between the scan vectors or track spacing as a function of the length of at least one of the adjacent scan vectors is carried out in the present method. The result is an increase in the remelting rate, a reduction in the number of vectors and one
  • the proposed method can be used for all beam-melting additive manufacturing processes in which the component areas are scanned vector by vector by means of electromagnetic radiation.
  • the procedure can be under
  • the method can also be used for other areas in which the surface with at least one energy beam along several in one Distance of running scan vectors processed,
  • FIG. 1 shows a representation of a division of an exemplary component cross section of any layer in additive manufacturing into a plurality of strips to be exposed
  • Fig. 2 shows an example of an arrangement of the
  • Fig. 3 shows a comparison between the length of the
  • Fig. 4 shows a comparison of the conventional
  • Fig. 5 is a diagram showing an exemplary
  • FIG. 3 shows a comparison between the scan vector length for one for the
  • Parameter determination of the selected cube-shaped test specimen (right part of the figure) and the scan vector length for an application-specific component (left part of the figure).
  • Such cube-shaped test specimens are used to determine the process parameters, in particular the distance between the scan vectors or track spacing, in advance when manufacturing a component.
  • Test specimens consist of the same material as the component to be manufactured. It can be seen from FIG. 3 that within the individual strips 2, into which the area to be melted is divided for processing, a constant scan vector length occurs in the cube-shaped test specimen, while it may vary within the strips 2 in the application-specific component geometry due to the component contour 1 . This variation results in cooling times of different lengths, before the laser beam on the adjacent track heats up again, and thus melting baths of different widths. This is exploited in the present method by using shorter scan vectors and correspondingly fewer
  • Distance of the scan vectors (track spacing) is set, with which a connection of the material continues adjacent tracks to each other is ensured.
  • Track spacing is done by adjusting the distance between two tracks depending on the length of the track first exposed by these two tracks.
  • Figure 4 shows this procedure schematically for a triangular component contour.
  • FIG. 4A shows the one typical of the SLM up to now
  • FIG. 4B shows schematically those in the proposed
  • the enlargement or variation of the track spacing is carried out such that a predetermined relative minimum density, for example> 99.5%, of the components produced therewith is achieved even with a correspondingly enlarged track spacing.
  • Track spacing can be done experimentally, for example, by producing test specimens of different sizes and thus vector lengths. In this way, a table of values with assignments between
  • Scan vector length and track spacing for the respective Material and the respective system can be created.
  • the relationship between scan vector length and track spacing can also be determined by means of simulation.
  • FIG. 5 shows the graphic relationship between the scan vector length and the distance of the
  • Scan vectors or the track spacing For each scan vector or its specific length, the associated distance is taken into account in the data preparation for production in accordance with the value table. You can interpolate between the individual discrete values. By increasing the track spacing, the
  • Remelting rate increased and the number of vectors required reduced.
  • the preparation of the corresponding component data with variable track spacing is preferably carried out during path planning with the aid of special software that can process the experimentally determined value tables accordingly.
  • the exemplary embodiment was primarily referred to methods for selective laser melting of metallic materials, in which galvanoscanners are generally used as steel deflection units. However, it is also a transfer to other beam sources, for example electron beam sources, others
  • Beam deflection units such as XY plotter systems or other materials such as
  • the process is not based on selective laser melting, powder bed-based beam melting or

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche mit energetischer Strahlung, insbesondere zum selektiven Laserschmelzen, wird wenigstens ein energetischer Strahl entlang mehrerer in einem Abstand nebeneinander verlaufender Scanvektoren (3) über einen oder mehrere Bereiche (2) der Oberfläche geführt. Bei variierender Länge der Scanvektoren (3) in einem oder mehreren der Bereiche (2) wird der Abstand zwischen benachbarten Scanvektoren (3) jeweils in Abhängigkeit von der Länge wenigstens eines der jeweils benachbarten Scanvektoren (3) gewählt. Mit dem Verfahren lässt sich die Umschmelzrate bei pulverbettbasierten StrahlSchmelzverfahren erhöhen und damit die Bauzeit für die zu fertigenden Bauteile verringern.

Description

Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche mit energetischer Strahlung
Techni sches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche mit energetischer Strahlung, insbesondere zum selektiven Laserschmelzen, bei dem wenigstens ein energetischer Strahl entlang mehrerer in einem Abstand nebeneinander verlaufender Scanvektoren über einem oder mehrere Bereiche der
Oberfläche geführt wird.
Mit derartigen Bearbeitungsverfahren können
Oberflächenschichten aufgeschmolzen oder auch
abgetragen werden. Bei generativen Fertigungsverfahren, insbesondere pulverbettbasierten Strahlschmelzverfahren wie z.B. dem selektiven Laserschmelzen (SLM) werden Bauteile generativ direkt aus 3D-CAD-Modellen
gefertigt. Durch einen sich wiederholenden Prozess aus schichtweisem Aufträgen einer dünnen Pulverschicht mit einer Dicke von bspw. weniger als IOOmpi und
anschließendem selektiven Aufschmelzen bestimmter
Bereiche dieser Pulverschicht durch Laserstrahlung, entsprechend der Geometrieinformationen des 3D-CAD- Modells, entstehen dreidimensionale Bauteile von nahezu unbegrenzter Komplexität. Als Grundlage pulverbett basierter Strahlschmelzverfahren dient eine Substrat platte, auf der die Pulverschichten nacheinander aufgebracht werden. Die Laserstrahlung wird dann beispielsweise mit Hilfe von Galvanometerscannern über die Substratplatte bzw. das Baufeld geführt. Während des Bauprozesses werden in jeder Schicht bestimmte Bereiche des Pulverbetts mittels des
Laserstrahls umgeschmolzen. Die umzuschmelzenden
Bereiche werden dabei, in Abhängigkeit der verwendeten Prozessführungsstrategie, wiederum in untergeordnete Bereiche eingeteilt. Bei diesen untergeordneten
Bereichen kann es sich beispielsweise um Streifen oder Felder handeln. Figur 1 zeigt exemplarisch einen beispielhaften Bauteilquerschnitt einer beliebigen Schicht eines derartigen Fertigungsprozesses mit entsprechender Einteilung in Streifen 2. Die
durchgezogene Linie stellt die Bauteilkontur 1 des herzustellenden Bauteils dar. Die Breite der einzelnen Streifen 2 ist dabei fest definiert. Jeder dieser
Streifen 2 wird mit einzelnen, parallel zueinander verlaufenden Scanvektoren 3 gefüllt. Diese Scanvektoren 3 stellen den Pfad dar, auf dem der Laserstrahl zum Aufschmelzen bzw. Belichten der Schicht entlanggeführt wird. Figur 2 zeigt exemplarisch einen Streifen 2 des Bauteilquerschnitts aus Figur 1 mit den zugehörigen Scanvektoren 3. Während des Belichtungsvorgangs werden die Scanvektoren 3 eines Streifens 2 nacheinander abgefahren. Daraufhin springt der Laserstrahl zum
Beginn des nächsten Streifens und scannt die Vektoren dieses Streifens bis alle Streifen der jeweiligen
Schicht gescannt worden sind. Bei alternativen Prozess führungsstrategien kann der zu belichtende Bereich jeder Schicht anstelle von Streifen auch in
beispielsweise quadratische Felder, ähnlich eines
Schachbretts, eingeteilt werden. Die einzelnen Felder werden dann ihrerseits identisch zur Streifenbelichtung ebenfalls mit zueinander parallelen Scanvektoren gefüllt. Auch andere Muster zur Aufteilung der zu belichtenden Bereiche einer Schicht sind möglich. Im Folgenden wird exemplarisch die streifenförmige
Belichtung betrachtet. Eine wesentliche Eigenschaft konventioneller
Prozessführungsstrategien für Strahlschmelzverfahren besteht darin, einen konstanten Abstand zwischen den innerhalb des Streifens liegenden Scanvektoren zu definieren. Dieser Abstand wird auch als Spurabstand oder Hatchabstand bezeichnet. Der Betrag des
Spurabstands ist typischerweise für alle Vektoren innerhalb der Streifen eines Bauteils konstant. Die Prozessparameter im Allgemeinen bzw. der Spurabstand im Besonderen werden bei einem derartigen Prozess
typischerweise vor Durchführung des Prozesses an würfelförmigen Probekörpern mit einer konstanten
Scanvektorlänge ermittelt, wobei die Scanvektorlänge der Streifenbreite entspricht.
Stand der Technik
Aus der DE 196 06 128 Al ist ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes bekannt, bei dem das Objekt durch aufeinanderfolgendes
Verfestigen einzelner Schichten eines verfestigbaren Materials an den dem Objektquerschnitt entsprechenden Stellen durch Einwirkung eines Strahls elektro
magnetischer Strahlung erzeugt wird. Bei diesem
Verfahren wird die Scangeschwindigkeit, mit der der Strahl über die jeweilige Schicht geführt wird, in
Abhängigkeit von der Scanvektorlänge angepasst. Einem kurzen Scanvektor wird dabei eine höhere Geschwindig keit zugeordnet als einem langen Scanvektor. Durch diese Vorgehensweise soll während der Herstellung eine Angleichung der Temperaturverteilung innerhalb des Bauteils erreicht werden, die zu einer homogenen
Dichteverteilung innerhalb der jeweils verfestigten Schicht führt. Diese Strategie ist insbesondere für Bauteile aus Kunststoff relevant, um beispielsweise Überhitzungseffekten vorzubeugen .
Ein grundsätzliches Problem bei derartigen
generativen Fertigungsverfahren besteht in der für die Fertigung eines Bauteils benötigten Bauzeit. Eine
Verkürzung der Bauzeit durch Wahl größerer Schicht dicken oder Strahldurchmesser führt zu einem uner wünschten Verlust an Genauigkeit bzw. Auflösung, wie sie insbesondere bei komplexeren Bauteilen erforderlich ist. Eine ähnliche Problematik besteht auch bei anderen Verfahren der Oberflächenbearbeitung mit energetischer Strahlung, bei der der energetische Strahl entlang entsprechender Scanvektoren über einen oder mehrere Bereiche der Oberfläche geführt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche mit energetischer Strahlung anzugeben, das eine Steigerung der Bearbeitungs- oder Baugeschwin digkeit ohne Verlust an Bearbeitungsgenauigkeit
ermöglicht. Das Verfahren soll insbesondere eine
Erhöhung der Baugeschwindigkeit bei einem pulverbett basierten Strahlschmelzverfahren zur Fertigung
dreidimensionaler Bauteile ermöglichen.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß
Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche mit energetischer Strahlung,
insbesondere zum selektiven Laserschmelzen, wird in bekannter Weise wenigstens ein energetischer Strahl entlang mehrerer in einem Abstand nebeneinander verlaufender Scanvektoren über einen oder mehrere
Bereiche der Oberfläche geführt. Jeder der Scanvektoren erstreckt sich dabei vorzugsweise jeweils über den gesamten Bereich. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass bei variierender Länge der Scanvektoren in einem oder mehreren der Bereiche der Abstand zwischen benachbarten Scanvektoren jeweils in Abhängigkeit von der Länge wenigstens eines der jeweils benachbarten Scanvektoren gewählt wird. Vorzugsweise wird der
Abstand zwischen benachbarten Scanvektoren jeweils in Abhängigkeit von der Länge des Scanvektors gewählt, entlang dem der energetische Strahl zuerst geführt wird .
Durch diese variable Anpassung des Abstands der Scanvektoren bzw. des Spurabstands in Abhängigkeit von der Scanvektorlänge wird bei entsprechenden Bauteilen oder Oberflächen die Anzahl der erforderlichen
Scanvektoren reduziert und damit die Umschmelzrate gesteigert. Darüber hinaus ergibt sich dadurch eine reduzierte Anzahl von Nebenzeiten innerhalb des
Strahlführungssystems, sog. Scanner-Delays . Das
Verfahren ermöglicht somit im Bereich der generativen Fertigung eine Steigerung der Baugeschwindigkeit, beispielsweise beim selektiven Laserschmelzen. Das Verfahren kann ohne jegliche Modifikation der
technischen Ausgestaltung der Bau- bzw. Bearbeitungs anlage genutzt werden. Anpassungen sind primär in der Software zur Datenvorbereitung und gegebenenfalls in der Software zur Steuerung der Anlage erforderlich.
Das Verfahren ermöglicht nach bisher durchge führten Versuchen, je nach Bauteilgeometrie, eine
Steigerung der Baugeschwindigkeit beim selektiven
Laserschmelzen von 10% bis 30% unter Beibehaltung der gewünschten Materialdichte, beispielsweise im Bereich von 99,5% relativer Dichte. Diese Dichte ergibt sich aus dem Anteil der nach dem Aufschmelzen und Erstarrten der jeweils bearbeiteten Oberflächenschicht verbleiben den Poren im Material. Insbesondere bei den mittels des SLM-Verfahrens bevorzugt gefertigten filigranen
Bauteilstrukturen mit entsprechend kurzen Scanvektoren kann im Besonderen vom vorgeschlagenen Verfahren profitiert werden. Je kürzer die durchschnittliche Vektorlänge für das jeweilige Bauteil ausfällt, desto stärker kommen die Vorteile des Verfahrens im Vergleich zu konventionellen Belichtungsstrategien mit konstantem Abstand der Scanvektoren zum Tragen.
Neben dem oben beschriebenen Vorteil einer
gesteigerten Baugeschwindigkeit bei generativen
Fertigungsverfahren kann darüber hinaus noch eine
Homogenisierung des Temperaturfelds während des
Umschmelzvorgangs erzielt werden. Daraus können sich Vorteile hinsichtlich der Prozessstabilität, beispiels weise Reduzierung von Schweißspritzern, sowie der
Bauteilqualität, beispielsweise durch reduzierte
Eigenspannungen innerhalb des Bauteils, ergeben. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ausgenutzt, dass die Länge der einzelnen Scanvektoren bei den meisten Bauteilen innerhalb eines der für die
Bearbeitung gewählten Streifen oder Felder gemäß der Bauteilkontur variiert. Je kürzer die Länge eines
Scanvektors ausfällt, desto kürzer ist die Abkühlzeit der zugehörigen Schmelzspur bis der Laserstrahl zur Belichtung der benachbarten Spur wiederum für eine Aufheizung sorgt. Durch diesen lokalen Vorheizeffekt verbreitert sich das Schmelzbad. Dementsprechend kann bei kürzeren Scanvektoren und entsprechend geringerer Abkühlzeit bzw. breiterem Schmelzbad ein größerer
Spurabstand bzw. Abstand der Scanvektoren eingestellt und weiterhin eine Anbindung der Spuren aneinander sichergestellt werden. Diese Variation des Abstands der Scanvektoren bzw. Spurabstandes in Abhängigkeit von der Länge wenigstens eines der jeweils benachbarten Scan vektoren wird beim vorliegenden Verfahren durchgeführt. Resultat ist eine Erhöhung der Umschmelzrate, eine Reduzierung der Anzahl der Vektoren sowie eine
Homogenisierung der Temperaturverteilung innerhalb des zu belichtenden Streifens oder Feldes.
Das vorgeschlagene Verfahren lässt sich für sämtliche strahlschmelzende generative Fertigungs verfahren einsetzen, bei denen die Bauteilbereiche vektorweise mittels elektromagnetischer Strahlung abgefahren werden. Das Verfahren kann unter
Zuhilfenahme entsprechend angepasster Software sowohl auf bereits vorhandenen als auch auf zukünftig
verfügbaren Anlagen umgesetzt werden. Neben der
generativen Fertigung ist das Verfahren auch für andere Gebiete nutzbar, in denen die Oberfläche mit wenigstens einem energetischen Strahl entlang mehrerer in einem Abstand verlaufender Scanvektoren bearbeitet,
insbesondere aufgeschmolzen wird, und die Länge der Scanvektoren über den jeweiligen Bereich variiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung einer Aufteilung eines beispielhaften Bauteilquerschnitts einer beliebigen Schicht bei der generativen Fertigung in mehrere zu belichtende Streifen;
Fig. 2 ein Beispiel für eine Anordnung der
Scanvektoren innerhalb eines Streifens;
Fig. 3 einen Vergleich zwischen der Länge der
Scanvektoren bei einem würfelförmigen Probekörper und einer anwendungs
spezifischen Bauteilgeometrie;
Fig. 4 einen Vergleich der konventionellen
Belichtungsstrategie mit konstantem Spurabstand (Teilabbildung A) und der Belichtungsstrategie mit variablem
Spurabstand beim vorgeschlagenen
Verfahren (Teilabbildung B) ; und
Fig. 5 ein Diagramm, das einen beispielhaften
Zusammenhang zwischen Scanvektorlänge und Spurabstand beim vorgeschlagenen Verfahren zeigt.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die konventionelle Belichtungsstrategie bei pulverbettbasierten Strahlschmelzverfahren wurde in der Beschreibungseinleitung in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 bereits erläutert. Figur 3 zeigt einen Vergleich zwischen der Scanvektorlänge bei einem für die
Parameterbestimmung gewählten würfelförmigen Probe körper (rechter Teil der Figur) und der Scanvektorlänge bei einem anwendungsspezifischen Bauteil (linker Teil der Figur) . Derartige würfelförmige Probekörper werden genutzt, um die Prozessparameter, insbesondere den Abstand der Scanvektoren bzw. Spurabstand, bei der Fertigung eines Bauteils vorab zu ermitteln. Die
Probekörper bestehen dabei aus dem gleichen Material wie das zu fertigende Bauteil. Aus der Figur 3 ist zu erkennen, dass innerhalb der einzelnen Streifen 2, in die der aufzuschmelzende Bereich für die Bearbeitung unterteilt wird, beim würfelförmigen Probekörper eine konstante Scanvektorlänge auftritt, während sie bei der anwendungsspezifischen Bauteilgeometrie aufgrund der Bauteilkontur 1 innerhalb der Streifen 2 variieren kann. Durch diese Variation ergeben sich unterschied lich lange Abkühlzeiten, bevor der Laserstrahl auf der benachbarten Spur wieder für eine Aufheizung sorgt, und damit auch unterschiedlich breite Schmelzbäder. Beim vorliegenden Verfahren wird dies ausgenutzt, indem bei kürzeren Scanvektoren und entsprechend geringerer
Abkühlzeit bzw. breiterem Schmelzbad ein größerer
Abstand der Scanvektoren (Spurabstand) eingestellt wird, mit dem weiterhin eine Anbindung des Materials benachbarter Spuren aneinander sichergestellt wird. Die Anpassung des Abstands der Scanvektoren bzw. des
Spurabstands erfolgt, indem der Abstand zwischen zwei Spuren in Abhängigkeit von der Länge der von diesen beiden Spuren zuerst belichteten Spur eingestellt wird. Figur 4 zeigt diese Vorgehensweise schematisch für eine dreieckige Bauteilkontur.
In Figur 4A ist die zur SLM bisher typische
Strategie der Belichtung dargestellt. Charakteristisch dabei ist der Abstand Dl zwischen den einzelnen
Scanvektoren 3, der für alle Vektoren, unabhängig von ihrer jeweiligen Länge, konstant ist. Figur 4B zeigt demgegenüber schematisch die beim vorgeschlagenen
Verfahren eingesetzte neuartige Belichtungsstrategie mit variablem Spurabstand. Dabei wird der Abstand der Scanvektoren bzw. der Spurabstand in Abhängigkeit von der Scanvektorlänge angepasst. Im vorliegenden Fall gilt D2 > Dl, da für kürzere Scanvektoren 3 der
Spurabstand vergrößert wird.
Die Vergrößerung bzw. Variation des Spurabstands wird so durchgeführt, dass auch bei entsprechend vergrößertem Spurabstand eine vorgegebene relative Mindestdichte, von beispielsweise > 99,5%, der damit hergestellten Bauteile erreicht wird.
Die Ermittlung des Zusammenhangs zwischen
Scanvektorlänge und Abstand der Scanvektoren bzw.
Spurabstand kann dabei beispielsweise experimentell durch die Fertigung von Probekörpern unterschiedlicher Größen und damit Vektorlängen erfolgen. Auf diese Weise kann eine Wertetabelle mit Zuordnungen zwischen
Scanvektorlänge und Spurabstand für das jeweilige Material und die jeweilige Anlage erstellt werden.
Alternativ kann der Zusammenhang zwischen Scanvektor länge und Spurabstand auch mittels Simulation ermittelt werden .
Im Folgenden ist eine exemplarische Wertetabelle mit fünf diskreten Datenpunkten bei fünf unter
schiedlichen Scanvektorlängen dargestellt.
Figure imgf000013_0001
Figur 5 zeigt hierzu den graphischen Zusammenhang zwischen der Scanvektorlänge und dem Abstand der
Scanvektoren bzw. dem Spurabstand. Für jeden Scanvektor bzw. dessen spezifische Länge wird entsprechend der Wertetabelle der zugehörige Abstand bei der Daten vorbereitung für die Fertigung berücksichtigt. Zwischen den einzelnen diskreten Werten kann interpoliert werden . Durch die Erhöhung des Spurabstands wird die
Umschmelzrate erhöht sowie die Anzahl der benötigen Vektoren reduziert. Die Aufbereitung der entsprechenden Bauteildaten mit variablem Spurabstand wird dabei vorzugsweise bei der Bahnplanung mit Hilfe einer speziellen Software durchgeführt, die die experimentell ermittelten Wertetabellen entsprechend verarbeiten kann . Bei der vorliegenden Beschreibung und dem
Ausführungsbeispiel wurde vor allem auf Verfahren zum selektiven Laserschmelzen von metallischen Werkstoffen Bezug genommen, bei denen in der Regel Galvanoscanner als Stahlablenkungseinheiten genutzt werden. Es ist jedoch auch eine Übertragung auf andere Strahlquellen, beispielsweise Elektronenstrahlquellen, andere
Strahlablenkungseinheiten wie beispielsweise XY- Plottersysteme oder andere Werkstoffe wie z.B.
Kunststoffe ohne weiteres möglich. Das vorliegende
Verfahren ist nicht auf das selektive Laserschmelzen, pulverbettbasierte Strahlschmelzverfahren oder
generative Fertigungsverfahren im Allgemeinen
beschränkt .
Bezugszeichenliste
1 Bauteilkontur
2 Streifen
3 Scanvektoren
D1/D2 Abstand der Scanvektoren

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche mit
energetischer Strahlung, insbesondere zum
selektiven Laserschmelzen,
bei dem wenigstens ein energetischer Strahl entlang mehrerer in einem Abstand nebeneinander verlaufender Scanvektoren (3) über einen oder mehrere Bereiche (2) der Oberfläche geführt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass bei variierender Länge der Scanvektoren (3) in einem oder mehreren der Bereiche (2) ein
Abstand zwischen benachbarten Scanvektoren (3) jeweils in Abhängigkeit von der Länge wenigstens eines der jeweils benachbarten Scanvektoren (3) gewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand zwischen benachbarten Scan- Vektoren (3) jeweils in Abhängigkeit von der Länge des Scanvektors (3) gewählt wird, entlang dem der energetische Strahl bei der Bearbeitung zuerst geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand zwischen benachbarten Scan vektoren (3) so gewählt wird, dass er bei
abnehmender Länge der Scanvektoren (3) zunimmt und bei ansteigender Länge der Scanvektoren (3) abnimmt .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand zwischen benachbarten
Scanvektoren (3) aus einer Tabelle entnommen wird, in der vorab unterschiedlichen Scanvektorlängen unterschiedliche Abstände zugeordnet wurden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abhängigkeit des Abstandes zwischen benachbarten Scanvektoren (3) von der Länge wenigstens eines der jeweils benachbarten
Scanvektoren (3) vorab experimentell oder durch Simulation ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand zwischen benachbarten
Scanvektoren (3) bei der Herstellung von
dreidimensionalen Bauteilen durch schichtweises Aufschmelzen eines pulverförmigen Materials jeweils unter Einhaltung der Bedingung maximiert wird, dass bei dem jeweils gewählten Abstand eine vorgegebene Dichte der gefertigten Bauteile erreicht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweilige Abstand zwischen den
benachbarten Scanvektoren (3) vor der Bearbeitung im Rahmen einer Bahnplanung mit Hilfe einer
Software bestimmt wird.
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