WO2020234446A1 - Verfahren zur additiven fertigung dreidimensionaler bauteile sowie entsprechende vorrichtung - Google Patents

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    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for the additive manufacturing of three-dimensional components by applying a building material layer by layer and locally selective solidification of the building material.
  • the invention also relates to a manufacturing device for the additive manufacturing of three-dimensional components and a corresponding irradiation unit for such a manufacturing device.
  • Three-dimensional components by applying layers and locally selective solidification of a building material are known in principle from the prior art. At least one corresponding coating unit is usually provided for application in layers. For the locally selective consolidation, at least one corresponding
  • Irradiation unit e.g. comprising at least one laser
  • EP 1 583 628 B1 and DE 10 2012 202 487 A1 known to move the point of impact of the beam on a non-linear path. This is achieved, for example, in EP 2 839 994 A1 in that a linear movement of the
  • Irradiation curve (irradiation path) a term perpendicular to this linear movement is superimposed, so that in particular sinusoidal
  • Irradiation curves can be achieved.
  • DE 10 2012 202 487 A1 also describes a helical course, here in the form of a cycloid.
  • the shortest possible construction time should also be realized.
  • the object (according to a first aspect of the invention) is achieved by a method for additive manufacturing of three-dimensional components by applying a building material layer by layer and locally selective solidification of the building material by at least one on the building material
  • an irradiation path of the impinging beam i.e. in particular a path of a point of impact or impact area of the beam
  • an irradiation path of the impinging beam deviates from an, in particular straight, feed center line M during the advance, whereby at least a line parallel to M or corresponding to M is crossed by the irradiation path at three points P, 1 P2 and P3 successively (in the chronological order mentioned: first P, 1 then P2, then P3), so that:
  • - P3 is between P1 and P2, at a distance P1 to P1 and one
  • the irradiation path between P1 and P2 is a point-like maximum and / or at least one such maximum is a (straight) line-like maximum with a length I (or also forms such a line-like maximum), for which the following applies: I £ 0.33; preferably I £ 0.32, more preferably I £ 0.30 * (P1 + p2), more preferably I £ 0.20 * (P1 + p2), possibly I £ 0, 10 * (P1 + p2) and / or at least one such maximum is a (straight) line-shaped maximum with a length I. (or such a linear maximum also forms), for which applies: I £ 0.375 * p2; preferably I £ 0.325 * p2, more preferably I £ 0.200 * p2, if necessary
  • At least one of the aforementioned conditions applies to several, e.g. B. at least 50% of all, or at least 75% of all, or all such maxima (each based on an assigned section between P1 and P2).
  • a point-like maximum is to be understood in particular as a maximum that does not lie within the ends of any straight section (and also does not form any of the ends).
  • a linear maximum is to be understood in particular as a maximum that forms a straight section or consists of such a section.
  • the respective length I should then in particular be the length between the two ends of the straight section (the ends in turn being defined by the fact that the path deviates from the straight course or this ends).
  • a (sub) section should not be decisive in this sense for the determination of the linear maximum or the length I.
  • the heat input can continue to take place more uniformly (in particular in a direction transverse to the feed direction).
  • the long straight sections, as shown in US 2017/0341145 A1 in FIG. 2B, and the associated (in the transverse direction) comparatively localized heat input are avoided. This can reduce undesirable stresses.
  • the maximum of a deviation from M, in particular in a section (containing the maximum) of the irradiation path between P1 and P2, is preferably a component of a curved section.
  • the curvature can be continuous (such as an arc of a circle or a section of an ellipse). However, discontinuous shapes (such as the tip of a triangle) are also conceivable. In this respect, can the curvature also approaches infinity (however, it should preferably not be zero, i.e. it should exist at all).
  • a radius of curvature (in the region of the respective maximum) is preferably £ 10 mm, more preferably £ 1 mm, possibly £ 800mm or £ 500mm.
  • the irradiation path does not have any straight sections that are parallel to M.
  • the irradiation path does not have any straight sections at all.
  • the irradiation path has straight sections, these form (in total) preferably less than 80%, more preferably less than 50%, possibly less than 25% or less than 10% of the irradiation path (or of its length, in particular in an imaginary way , straight drawn state of the irradiation path) from and / or more than 2% of the irradiation path (or its length, in particular in an imaginary, straight drawn state of the irradiation path).
  • the irradiation path has straight sections, at least one (possibly several or all) of these is (are) preferably shorter than, in particular at most 0.5 times or at most 0.25 times as large as the width of the following the consolidation path explained in more detail or, such as a distance between the envelopes explained in more detail below (in particular if these run parallel to one another and straight).
  • the irradiation path has straight sections, at least one (possibly several or all) of these is (are) preferably shorter than 1 mm, possibly shorter than 250 mm or shorter than 100 mm or even shorter than 50 mm.
  • comparatively large surface areas are generated in which the building material (powder) is heated and cooled comparatively slowly. This is achieved in particular by the fact that the impinging beam is returned in phases comparatively far against the feed direction. This can reduce tensions. Furthermore, in particular, a comparatively short construction time can be achieved.
  • the processing is preferably comparative demanding materials such as Cu are possible.
  • a stress reduction in the material (building material) is achieved in particular by the fact that the building material (powder) is heated and melted comparatively slowly and then also slowly cooled. During the beginning of cooling, a renewed input of heat takes place when the same irradiation area is passed over. Comparatively demanding materials such as copper (Cu) can be processed more easily because of their porosity
  • (Irregularities) in the solidified material can be at least partially cured by an extended (prolonged) supply of irradiation.
  • the above object is achieved in particular by a method for the additive manufacturing of three-dimensional components, in particular according to the first aspect, by applying a building material in layers and locally selective solidification of the building material by at least one advancing direction that hits the building material Deviations from this, following) beam, being a
  • Irradiation path i.e. in particular a path of an impact point or
  • Area of impact of the beam) of the impinging beam during the advance deviates from a, in particular straight, advance center line M, with a deviation from M passing through at least two at least local maxima s1 and s2, where (or for which) the following applies in terms of amount:.
  • the irradiation path is crossed successively at three points P, 1 P2 and P3 (in the chronological order mentioned: first P, 1 then P2, then P3), where: P2 is further forward than P.1 in the feed direction
  • P2 is further forward than P.1 in the feed direction
  • This condition is preferably (at least) in a range between s1 / 2 and s2 / 2.
  • Irregularities can be reduced.
  • An advancement is generally an advancement or propagation of a solidification path (resulting from the irradiation) in a
  • a direction of advance is to be understood as meaning, in particular, a direction of propagation of a consolidation path.
  • the feed direction is preferably constant (over at least one row or column during the entire irradiation to produce the object), but can also vary (for example, if the consolidation path is not a linear path, but a curved, i.e. non-linear path).
  • the feed center line M is to be understood in particular as that line which runs centrally within the consolidation path. If the progression of the consolidation path is straight (for example during irradiation in
  • the feed center line is also straight.
  • the feed center line M can also be determined in that an envelope curve E1 (straight in embodiments) (or envelope curve, analogous to a beat for the superposition of two oscillations) is formed for all upper maxima and one for all lower maxima (in
  • Embodiments straight) envelope curve E2 is formed and the feed center line M is placed exactly between these envelopes.
  • envelope curve is only to be understood as a delimitation to the lower envelope curve, in the sense that the envelopes lie on different sides of the center line.
  • envelope curve envelope curve
  • the consolidation track is, in particular, the area that is through the
  • Irradiation (of the irradiation unit, in particular a laser) is tempered to such an extent that the construction material melts (and solidifies after cooling).
  • This consolidation path is determined (at least approximately) by the area between the envelopes E1, E2 and (additionally) by a beam width or width of a thermal effective area (half such a width in the area of both envelopes) of the incident beam.
  • a thermal effective area is to be understood in particular as that area around the irradiation path (assumed as a line) in which the beam is exposed (Laser) such an energy input is introduced that the building material is heated.
  • This width can be assumed to be 2.5 * d86, for example.
  • the d86 diameter should preferably be used, with d86 again being that
  • Diameter means within which 86% of the radiation power (of the beam, in particular the laser beam) is introduced.
  • the radiation power of the beam, in particular the laser beam
  • Diameter d86 of 80 mm means that 86% of the (laser) power hits an area with a diameter of 80 mm.
  • the (laser) power can optionally be distributed according to the Gaussian distribution. Other distributions are possible.
  • the incident laser beam preferably leads to heating in an effective area with a diameter of (approx.) 200 mm (around the respective center point of the irradiation path). The warming of the
  • the heated area can (depending on the point in time) be preheated or sintered or (at a later point in time) a weld pool can form, which the
  • Radiation source (in particular by the laser) is generated.
  • the path referred to as the irradiation path should preferably be one
  • the actual trajectory of the beam can be from it
  • the inertia of the deflector can lead to a deviation from the theoretical path of the beam.
  • a temperature profile within the consolidation path can be controlled, for example, by the power of the irradiation source, the focus width of the beam and / or the speed at which the beam moves. These parameters can be empirically adapted to the properties of the
  • Construction material and the object to be created can be adapted.
  • (local) maxima are preferably used which are completely within at least one other
  • the enveloping curve should therefore preferably not intersect the irradiation path at any point, but should only touch it.
  • Strengthening tracks or areas lying next to one another (for example in successive rows or columns), each separated by two
  • corresponding envelopes are limited, can overlap or not overlap (or be spaced apart from one another) or abut one another (for example over at least 5% and / or at most 50% of a width of at least one corresponding area or at least one strengthening path).
  • Irradiation path thus in particular on different sides of the feed center line M. If the crossing does not take place at a certain point, but over a certain section (e.g. flat point, in the mathematical sense), the particular point (or location the crossing) is the center of the then straight section.
  • a certain section e.g. flat point, in the mathematical sense
  • P2 lies further forward than P.1 in the feed direction. This means in particular that, with respect to the feed direction, a section containing point P2 is traversed later than a section containing point P1.
  • P1 in particular is closer to a start of the respective consolidation path than P2 or P1 is crossed first (before P2 is crossed).
  • the (local) maxima s1 and s2 can be on the same side of M.
  • the local maxima s1 and s2 or further local maxima s1 'and s2' can be located on different sides of M (with respect to one another).
  • This pattern can be cyclical
  • a (local) maximum is to be understood as a point at which the irradiation path, after moving away from the center line M, approaches it again or is part of a group of points that together form a linear (local) maximum (e.g. For the envelope curve (see above), however, preferably not all of these local maxima, but rather only the outer, local maxima (which may also be global maxima) are taken into account.
  • a global maximum is to be understood as a maximum whose distance from M is not exceeded by any other (local) maximum.
  • a dividing line is defined, the first and second
  • Irradiation path sections separates from one another. There are preferably several, in particular the majority of, preferably all of the reversal points
  • a shape of the second irradiation path sections can preferably correspond to a shape of the first irradiation path sections (e.g. both structures are defined by circular arcs), but the second irradiation path sections can be smaller than the first irradiation path sections (e.g. defined by circular arcs with a smaller radius his).
  • the dividing line T preferably runs parallel at a distance from M,
  • RI and R2 can correspond to the respective radius.
  • a reversal point is to be understood in particular as a point at which a component of the direction of the irradiation path that is parallel to the
  • Feed direction changes to opposite to the feed direction "or vice versa.
  • the irradiation path preferably forms (as a further education or as
  • the irradiation path forms a (complete) semicircle in sections.
  • the irradiation path is preferably composed of a series of circular arcs (semicircles), furthermore preferably semicircles with (in comparison) a larger radius and semicircles with (in comparison) a smaller radius alternate and the latter correspond in particular to sections that are directed against the feed direction ( or backwards).
  • all circular arcs on one side can be one
  • Separation line T have the same radius compared to one another and all circular arcs on the other side of T have the same radius compared to one another (for example, compared to the radius of the circular arcs on the one hand smaller).
  • different (for example at least two or at least three different) radii can also be implemented on one side of T.
  • the irradiation path can be elliptical in sections (as an elliptical arc; preferably over an angular range, with the center of the ellipse as the starting point, of at least 45 °, more preferably at least 90 °, even more preferably at least 135 °, especially 180 °).
  • the irradiation path preferably forms a semi-ellipse in sections.
  • the irradiation path can have a multiplicity of elliptical arcs, in particular semi-ellipses.
  • the irradiation path can also be constructed in sections from circular arcs, in particular semicircles, and in sections from elliptical arcs, preferably semi-ellipses.
  • Semi-ellipses are preferably to be understood as elliptical arcs which extend between the vertices of the ellipse which intersect the main axis.
  • the main axis is in particular aligned parallel to the feed center line M.
  • the arc of an ellipse is concerned, it is in particular not a circle (or its sections), even if a circle is sometimes viewed as a special case of an ellipse.
  • the irradiation path can form an oval at least in sections, in particular a semi-oval.
  • this should not (necessarily) be an arc of a circle or an arc of an ellipse (or sections of such), even if circles and ellipses are sometimes viewed as special cases of an oval.
  • An oval is preferably to be understood as a closed, twice continuously differentiable convex curve in the plane.
  • the respective (relevant) oval section or the respective (relevant) semi-oval is preferably not closed (however, it can be continuously differentiable twice and convex and can be supplemented to form a closed oval).
  • the irradiation path can be straight in sections, in particular (at least) a triangular shape (comprising two sides of a triangle).
  • the irradiation path can be rectangular and / or trapezoidal in sections.
  • the shape described in each case can be supplemented (conceptually) by the center line M.
  • larger triangular shapes (in the feed direction) can alternate with smaller triangular shapes (against the feed direction) and / or larger rectangular shapes (in the feed direction) with smaller rectangular shapes (against the
  • a forward movement can result in particular from different radii (ie different frequencies per half-wave).
  • different radii ie different frequencies per half-wave.
  • two (or more) frequencies can be alternated.
  • the formation of the irradiation path is through successive circular arcs and / or elliptical arcs with a large semiaxis in the feed direction and / or triangular sections and / or square sections, in particular
  • Rectangular sections and / or trapezoidal sections to be regarded as an independent (and hereby claimed) invention, which can be developed according to the above and following explanations (with or, alternatively, without the requirement p2 / P1 3 2.0 and / or the requirement s1 * s2).
  • Sections should preferably be designed in such a way that the corresponding (closed) shape (e.g. triangle) results, taking into account the dividing line T.
  • the corresponding (closed) shape e.g. triangle
  • a distance between a first point of intersection of the irradiation path with M and a next but one point of intersection with M and / or a fourth next and / or sixth next and / or eighth next intersection with M preferably remains constant. This allows a comparatively
  • intersection point but one is to be understood as the intersection point which is reached as the next but one when the irradiation path is traveled.
  • the next but one intersection is here the one that is traveled after the starting point and after the next intersection.
  • the fourth next intersection is the intersection that is reached after the starting point and three further intersections. Insofar as the respective distance remains constant, this should apply over at least 10, preferably at least 100, more preferably at least 1,000 subsequent intersection points.
  • the first point of intersection can be a starting point (at the beginning of a row or column) or any intermediate point that is then to be regarded as the first point.
  • a distance between a first reversal point (generally any starting point) of the irradiation path at which a component of the direction of the irradiation path, which runs parallel to the direction of advance, is the
  • the irradiation path (based on the feed direction) changes, for example, from “in the feed direction” to “against the feed direction”.
  • At least one change in direction with respect to the feed direction preferably takes place between s1 and s2.
  • s1 and s2 can be consecutive maxima, or s2 can be the maximum next but one to the maximum s1 (or another maximum, for example the third or fourth next maximum).
  • the maxima s1 and s2 can be on the same side of M or, alternatively, on different sides of M. In a specific embodiment, the maxima s1 and s2 lie on the same side of M and at least one further maximum s3 (or s2 '), in particular, on another side of M
  • maxima s4 which are greater than s2 (for example equal to s1 in terms of amount) can lie on the other side.
  • the irradiation path of the beam includes, inter alia, points A, B, C, D and E, which are traversed successively, with point E being closer to point A than point C, with points B and D at different points Sides of M lie, with point D defining the maximum s1 on a first section of the irradiation path between points A and C and point D defining the maximum s2 (or s2) on a second section of the irradiation path between points C and E ') Are defined.
  • the deviation from M preferably passes through at least a third (local) maximum s3, with (preferably) the absolute value; and or
  • a distance between at least one pair (in terms of time, particularly directly) of successive intersection points with the center line M and / or a distance between at least one pair (in terms of time, in particular immediately) of successive reversal points (in relation to the feed direction) is preferably greater than between the maximum lying at the two intersection points or reversal points (opposite M; in terms of amount; perpendicular to the feed direction).
  • Strengthening web covers and / or at least 10%, possibly at least 30% or at least 50%, of an area between the two envelopes E1, E2.
  • At least one point of the consolidation path or at least one point in the area between the envelopes is passed over at least twice, if necessary at least three times, by the impinging jet and / or at least by an effective area assigned to the impinging jet (when traveling through a specific row or column) .
  • This at least one point can be a point of intersection (at which the irradiation path intersects itself) or a point that is not a point of intersection, in particular by at least half a beam diameter of the incident beam (or at least half a diameter of the warm-up area) from the next
  • Crossing point is removed.
  • the above condition of at least two strokes can possibly apply to a large number (or a continuum) of points that cover at least 10%, preferably at least 25%, possibly at least 50% or at least 80% of the area between the
  • Enveloping trains can alternatively or additionally apply to at least one point that lies on the center line M (preferably: for at least 50% of such points) and / or apply to at least one point that lies on the dividing line T (preferably; for at least 50% such points).
  • a diameter of the effective area (warm-up area) of the incident beam can be derived from the diameter of the incident beam
  • the impinging laser beam for example with a d86 of 80 mm, preferably leads to heating in an effective area with a diameter of (approx.) 200 mm (around the respective center point of the irradiation path).
  • the heating of the active area can (depending on the point in time) result in preheating or sintering or (at a later point in time) a melt pool which is caused by the
  • Radiation source (in particular by the laser) is generated.
  • an irradiation unit in particular for performing the method of the above type, for a (or a) manufacturing device for additive manufacturing of three-dimensional components by applying a build-up material in layers by means of at least one coating unit and locally selective solidification of the build-up material by at least a beam impinging on the building material and following a direction of advance, wherein a control unit is provided and configured, a To control the irradiation path of the incident beam so that the
  • the irradiation path of the incident beam deviates from a, in particular straight, feed center line M during the advance, with at least one line P parallel to M or corresponding to M being successively crossed by the irradiation path at three points P, 1 P2 and P3, so that:
  • - P3 lies between P1 and P2, at a distance P1 from P1 and at a distance p2 from P2, where: p2 / P1 3 2.0, preferably p2 / P1 3 3.5.
  • Irradiation device in particular of the above type, preferably for
  • the irradiation device in particular its
  • Control unit configured that described above and / or below
  • a manufacturing device for additive manufacturing of three-dimensional components configured to carry out the above method and / or comprising an irradiation unit of the above type and at least one coating unit.
  • the (powdery) building material preferably comprises at least one metal and / or at least one ceramic material and / or at least one plastic, preferably polymer.
  • the metal can, for example, aluminum, titanium, nickel, Iron, tungsten, molybdenum, and / or alloys thereof.
  • the (powdery) building material particularly preferably comprises copper.
  • the build-up material preferably consists of at least 10% by weight, more preferably 50% by weight, even more preferably at least 80% by weight, even more preferably at least 99% by weight or 99.99% by weight or 100% by weight .-% of one (in particular one of the above) or at least one
  • Two adjacent consolidation tracks can be designed to overlap, abut or at a distance from one another.
  • a speed in the feed direction can be at least 500 mm / s, preferably at least 2,000 mm / s and / or at most 20,000 mm / s.
  • a semicircle with a radius RI followed by a further semicircle with a radius R2, followed by a semi-ellipse with a (in particular small) semi-axis r3 and a further semi-ellipse with a (in particular small) semi-axis r4 (possibly cyclically repeating ) be trained.
  • RI is greater than R2 and / or greater than r3 and / or greater than r4.
  • R2 is greater than r3.
  • r4 is greater than r3.
  • the irradiation path can be interrupted (e.g. over at least 1%, possibly at least 5% and / or at most 20%, possibly at most 10%).
  • a deflection unit can, if necessary, continue to move, but be exposed to irradiation, in particular one
  • Irradiation source preferably a laser
  • a sum R1 + R2 and / or a sum r3 + r4 can, for example, be dependent on a width of a thermal effective range and / or dependent on
  • Diameter of the irradiation focus (laser focus) and / or can be selected depending on the path speed.
  • r3 + r4 always corresponds to at least R1 + R2 minus a width of the thermal effective range of the impinging beam resulting from the irradiation focus (laser focus).
  • the resulting melt pools can overlap.
  • the consolidation path width (and / or the distance between the envelopes) can be at least 10 mm, more preferably at least 100 mm and / or at most 5000 mm, possibly at most 2,000 mm.
  • the (additive) manufacturing device and the corresponding manufacturing method are generally characterized in that objects (components) can be manufactured layer by layer by solidifying a (in particular shapeless) building material.
  • the solidification can be achieved by supplying thermal energy to the building material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation, for example when
  • SIS Laser sintering
  • DMLS Laser melting
  • Electron beam melting are brought about.
  • the first electrode Electron beam melting
  • Manufacturing device designed as a laser sintering or laser melting device.
  • laser sintering or laser melting the area of action of the laser beam (laser spot) on a layer of the building material is moved over those points of the layer that correspond to the component cross-section of the component to be manufactured in this layer. It is repeated (after each lowering of the laser beam (laser spot) on a layer of the building material.
  • Construction field a thin layer of a powdery building material is applied and the building material is locally selectively solidified in each layer by selective irradiation with at least one laser beam.
  • a construction field is to be understood in particular as a two-dimensional area (2D partial area) of a working plane of the manufacturing device for additive manufacturing, in which the rays of the at least one irradiation unit are used selective solidification can impinge on the building material or in which a building container that accommodates the component extends, which (also) the
  • the construction field can be understood as the top powder layer (2D surface).
  • the construction field is preferably round, in particular at least substantially circular, but can also assume other shapes, for example rectangular,
  • the distance between two successive points of intersection with the center line M and / or the distance between two successive reversal points (with respect to the feed direction) is preferably greater than one between the two
  • Fig. 1 is a schematic illustration, partially shown as
  • Fig. 2 is a schematic representation of sections of a
  • Fig. 3 is a schematic representation of an inventive
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a section of a further irradiation path according to the invention
  • the device shown in Fig. 1 is a known laser sintering or laser sintering device a1.
  • a process chamber a3 with a chamber wall a4.
  • the process chamber a3 there is an upwardly open building container a5 with a wall a6.
  • a working plane a7 is defined by the upper opening of the building container a5, the area of the working plane a7 lying within the opening, which can be used to build up the object a2, is referred to as building field a8.
  • a carrier a1O which can be moved in a vertical direction V and to which a base plate a1l is attached which closes the building container a5 at the bottom and thus forms its bottom.
  • the base plate a1 l can be a plate formed separately from the carrier a10 and attached to the carrier a10, or it may be formed integrally with the carrier a10. Depending on the powder and process used, a1 l can be placed on the base plate
  • Build platform a12 be attached on which the object a2 is built.
  • the object a2 can, however, also be built on the base plate a1 l itself, which then serves as a construction platform.
  • FIG. 1 the object a2 to be formed in the building container aS on the building platform a12 is shown below the working plane a7 in an intermediate state with several solidified layers, surrounded by building material a13 that has remained unsolidified.
  • the laser sintering device a1 further contains a storage container a14 for a powdery building material a15 which can be solidified by electromagnetic radiation and a coater a16 which can be moved in a horizontal direction H for applying the
  • the laser sintering device a1 further includes an exposure device a20 with a laser a21, the one
  • Laser beam a22 is generated as an energy beam, which is deflected via a deflection device a23 and via a focusing device a24
  • Coupling window a25 which is attached to the top of the process chamber a3 in its wall a4, is focused on the working plane a7.
  • the laser sintering device a1 further contains a control unit a29, via which the individual components of the laser sintering device a1 are controlled in a coordinated manner for carrying out the construction process.
  • the control unit a29 may contain a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software).
  • the computer program can be stored separately from the device on a storage medium, from which it can be imported into the device,
  • the carrier a10 is first lowered by a height that corresponds to the desired layer thickness.
  • a layer of the powdery build-up material a15 is then applied.
  • the coater a16 pushes a somewhat larger amount of build-up material a15 in front of it than is necessary for the build-up of the layer. The scheduled
  • the coater a16 pushes excess build-up material a15 into one
  • Overflow tank a18 An overflow container a18 is arranged on both sides of the building container a5.
  • the powdery build-up material a15 is applied at least over the entire cross section of the object a2 to be produced, preferably over the entire construction field a8, i.e. the area of the working plane a7, which can be lowered by a vertical movement of the carrier a10.
  • the cross section of the object a2 to be produced is then scanned by the laser beam a22 with a radiation effective area (not shown) which schematically intersects the energy beam with the
  • the laser sintering device a1 also contains a
  • Gas supply channel a32 a gas inlet nozzle a30, a gas outlet opening a31 and a gas discharge channel a33.
  • the process gas flow a34 moves horizontally over the construction field a8.
  • the gas supply and discharge can also be from the
  • Control unit a29 be controlled (not shown).
  • the gas extracted from the process chamber a3 can be fed to a filter device (not shown), and the filtered gas can be fed back to the process chamber a3 via the gas feed channel a32, thereby forming a circulating air system with a closed gas circuit.
  • a filter device not shown
  • the filtered gas can be fed back to the process chamber a3 via the gas feed channel a32, thereby forming a circulating air system with a closed gas circuit.
  • Openings may be provided.
  • FIG. 2 shows details of two irradiation paths 10, which are part of two partially overlapping consolidation paths 11 formed by the irradiation paths 10. While the irradiation paths 10 are curvilinear per se, the consolidation paths 11 are straight.
  • the irradiation paths 10 define the path of the incident beam (or its center point).
  • a feed takes place in a feed direction 12 from left to right; in the (in Fig. 2 lower) consolidation path 11 from right to left.
  • a thermal effective area 13 of the incident beam is indicated by a black circle; the respective feed direction 12 by a black arrow.
  • the respective irradiation path 10 is made up of larger semicircles and smaller semicircles, which are arranged alternately.
  • the larger semicircles have a radius RI
  • the smaller semicircles have a radius R2. Because the following applies: R2 £ RI, a feed is implemented. If a larger semicircle and a subsequent smaller semicircle are traversed once, this feed corresponds to the distance P1.
  • the distance P1 is significantly smaller than p2.
  • p2 / P1 3 2.0 preferably p2 / P1 3 2.5, even more preferably p2 / P1 3 3.0, even more preferably p2 / P1 3 3.5, even more preferably p2 / P1 3 4.0.
  • an overlap U is significantly smaller than a sum of the radii R1 + R2.
  • the following preferably applies (in particular also generalized to shapes of the irradiation path 10 which differ from FIG. 2, then R1 + R2 would have to be replaced by an envelope curve spacing): (R1 + R2) / U 3 2.0, preferably 3 3.0.
  • R1 + R2 For a diameter d of the thermal effective area 13 of an impinging beam 15, it preferably applies that this diameter d is (significantly) smaller than R1 + R2, whereby the following preferably applies (in particular also generalized to shapes of the irradiation path 10 which deviate from FIG. 2) R1 + R2 would have to be replaced by an envelope distance): (R1 + R2) / D 3 1.5, preferably 3 2.5.
  • At least the thermal effective area 13 of the impinging beam passes over at least a large part of all points within the two envelopes E1, E2 at least twice (due to the diameter d and due to the fact that a given path section adjacent path sections
  • each other which is smaller than d, which applies, for example, to track sections that run close to the envelopes E1, E2).
  • These points preferably form at least 50%, possibly at least 80% of the area between the envelopes E1, E2.
  • this is not mandatory, especially since the the impinging beam or the zone heated by the irradiation path, if necessary, is larger than the beam diameter,
  • FIG. 3 a schematic irradiation path 10 is shown enlarged analogously to FIG. 2 and shown with further inscriptions and explanatory lines.
  • a feed center line M can be seen in FIG. 3.
  • Center line M not an (imaginary) dividing line T, which separates the large semicircles from the small semicircles.
  • the feed center line M is arranged (exactly) in the middle between the envelopes E1 and E2, that is to say defines a
  • Solidification path propagation direction changes.
  • P3 P1 is comparatively close to p 1 ( ' ⁇ and thus the same areas with regard to the feed direction or all areas the consolidation path 11 are passed over several times or in particular (depending on the beam diameter d) all areas are crossed at least twice, in particular if: d 3 p 1 (' ⁇ for all possible p 1 (' ⁇ the latter condition is met.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment in which (analogously to FIGS. 2 and 3) larger and smaller semicircles are also traversed, but also larger and smaller half-ellipses. Above a dividing line T there are the respectively smaller semicircles and the respectively smaller semi-ellipses (in the drawing according to FIG. 4, where "above” is not actually intended to mean “in the space above”). The larger semicircle and the larger semi-ellipses are arranged below the dividing line T.
  • the dividing line T is also here above the actual feed center line M (which lies centrally between the envelopes E1 and E2). Successively, preferably one after the other: large semicircle - large semi-ellipse - small semicircle - small ellipse (repeating periodically).
  • the large semicircle has the radius RI.
  • the small semicircle has the radius R2.
  • the large semi-ellipse has the small semi-axis r3.
  • the small semi-ellipse has the small semi-axis r4.
  • the respective semi-axis of the respective semi-ellipse thus extends perpendicular to the feed direction 12.
  • the major semi-axis of the large semi-ellipse has the value RI and the major semi-axis of the small semi-ellipse has the value R2.
  • a large number of maxima with the magnitude s1 are formed on one side of M.
  • a large number of maxima with the magnitude s2 are formed on one side of M.
  • FIG. 5 shows an embodiment analogous to FIG. 4, but with smaller half-ellipses in relation to the semicircles (or on an extension perpendicular to the feed direction 12).
  • the following preferably applies: r3 + r4 £ (R1 + R2) - d, preferably r3 + r4 £ (Rl + R2-d) / l, 2 ..
  • control variables R1 + R2 and r3 + r4 are shown again in FIG. 6.
  • control variables e.g. r5 + r6, which can be formed, for example, by ellipses (arcs) that are even smaller (at least perpendicular to the feed direction 12) than the ellipses (arcs) with the small semiaxes r3 or r4.
  • the semicircles in Fig. 4-6 can also be replaced by corresponding half-ellipses, or by still other shapes (see Fig. 8-12).
  • the embodiment according to FIGS. 4-6 is again (additionally) advantageous compared to the embodiment according to FIGS. 2 and 3. This is explained with reference to FIG. 7. 7 shows (highly schematically) the solidification path resulting from the irradiation (or a section of it). This consolidation path can be divided into a first zone 16, a second zone 17 and a third zone 18. Tests have now shown that the
  • the outer (or the first and third) zones 16, 18 are comparatively hotter than the middle (or second) zone 17).
  • This inhomogeneous temperature distribution in a direction perpendicular to the feed direction can possibly lead to Lead to tension, which in turn can lead to defects in the manufactured product. A risk for this is created by the
  • this irradiation path (analogous to FIGS. 2-6) comprises a smaller and a larger semicircle, separated by the dividing line T.
  • the irradiation path comprises a smaller and a larger rectangular shape, separated by the dividing line T.
  • the irradiation path comprises a larger and a smaller triangular shape, separated by the dividing line T.
  • the irradiation path comprises a larger (with respect to the feed direction 12) and a smaller semi-ellipse, separated by the dividing line T in FIG. 12
  • the irradiation path comprises a larger and a smaller oval arc, separated by the dividing line T, the size here also relating to the extension perpendicular to the feed direction 12.
  • the respective (complete) irradiation path (for example over a row or column) can be built up exclusively from the shapes shown in the individual figures or (as for example in the embodiment according to FIGS. 4-6) from several of these shapes (for example, from semicircles and half-ellipses according to FIGS. 8 and 11, or half-ellipses and
  • the radius RI was set to 500mm and the radius R2 to 400mm.
  • An overlap between adjacent consolidation sheets was 75 mm.
  • the speed of the laser path was between 1700 mm / s and 2700 mm / s. A material density of 99.9% was achieved in the samples.
  • Aspect 1 Method for additive manufacturing of three-dimensional components by applying a building material layer by layer and locally selective solidification of the building material by at least one on the building material
  • P2 is further forward in the feed direction than P1 and P3 lies between P1 and P2, a distance P1 to P1 and a distance p2 to P2, where: p2 / P1 3 2.0; preferably p2 / P1 3 3.5.
  • Aspect 2 Method for additive manufacturing of three-dimensional components, preferably according to aspect 1, by applying a layer by layer
  • Aspect 3 The method according to one of the preceding aspects 1 or 2, wherein the irradiation path (10) runs such that a dividing line is defined, the irradiation path comprising first and second irradiation path sections which are separated from one another by the dividing line T, with reversal points of the irradiation path preferably lie on the dividing line and / or wherein a shape of the second irradiation path sections preferably corresponds to a shape of the first irradiation path sections, but the second
  • Irradiation path sections are smaller than the first
  • Irradiation path sections the dividing line T preferably running parallel at a distance from M, in particular such that at least one maximum RI on one side of T is greater than at least one maximum R2 on the other side of T.
  • Aspect 4 Method according to one of the preceding aspects 1 to 3, wherein the irradiation path (10) in sections forms an arc of a circle, in particular a semicircle, and / or wherein the irradiation path (10) in sections forms an elliptical arc, in particular a semi-ellipse.
  • Aspect 5 The method according to one of the preceding aspects 1 to 4, the irradiation path (10) being straight in sections, in particular one
  • Triangular shape forms.
  • Aspect 6 Method according to one of the preceding aspects 1 to 5, a distance between a first point of intersection of the irradiation path (10) with M and an intersection point after the next but one with M remains constant.
  • Aspect 7 Method according to one of the preceding aspects 1 to 6, wherein a distance between a first reversal point (A) of the irradiation path, at which a component of the direction of the irradiation path, which runs parallel to the feed direction, changes sign, and a respective next such Reversal point (C), at which the sign change is the same, remains constant.
  • Aspect 8 Method according to one of the preceding aspects 1 to 7, wherein between P3 and P2 there are at least one further, preferably at least two further, more preferably at least three further points at which the irradiation path crosses the line P, in particular M.
  • Aspect 9 The method according to one of the preceding aspects 2 to 8, wherein between s1 and s2 at least one change in direction with respect to the
  • Feed direction (12) takes place.
  • Aspect 10 The method according to any one of the preceding aspects 2 to 9, wherein s1 and s2 are on the same side of M or on different sides of M.
  • an irradiation path of the beam includes, inter alia, points A, B, C, D and E, which are traversed successively, point E being closer to point A than point C, with points B and D on different sides of M, wherein on a first section of the irradiation path (10) lying between points A and C, point B defines the maximum s1 and on a second section of the irradiation path between points C and E, point D defines the maximum s2,
  • Aspect 12 Method according to one of the preceding aspects 2 to 11, wherein the deviation from M passes through at least a third local maximum s3, the absolute value of which applies; and or
  • Aspect 13 Method according to one of the preceding aspects 2 to 12, where: s2 £ 0.95 * s1, if necessary, s2 £ 0.80 * s1, and / or s2 3 0.5 * s1, preferably s2 3 0, 7 * s1.
  • Aspect 14 Irradiation unit, in particular for carrying out the method according to one of the preceding aspects 1 to 13, for a manufacturing device for the additive manufacturing of three-dimensional components by applying a build-up material in layers by means of at least one coating unit and locally selective solidification of the build-up material by means of at least one, a feed direction (12) following beam, wherein a control unit is provided and configured to control an irradiation path (10) of the impinging beam (15) so that the irradiation path of the impinging beam (15) during the advance of a, in particular straight, Feed center line M deviates, with at least one line P parallel to M or corresponding to M being successively crossed by the irradiation path (10) at three points P, 1, P2, and P3, so that:
  • P2 is further forward than P1 and in the feed direction (12)
  • P3 lies between P1 and P2, at a distance P1 to P1 and a distance p2 to P2, where: p2 / P1 3 2.0, preferably p2 / P1 3 3.5.
  • Aspect 15 Irradiation unit, preferably according to aspect 14, for a
  • Manufacturing device for additive manufacturing of three-dimensional components by applying a building material in layers by means of at least one
  • Aspect 16 Manufacturing device for additive manufacturing of three-dimensional
  • Components configured to carry out the method according to one of aspects 1 to 13 and / or comprising an irradiation unit according to one of aspects 14 or 15 and at least one coating unit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das Aufbaumaterial auftreffenden, einer Vorschubrichtung (12) folgenden, Strahl (15), wobei eine Bestrahlungsbahn (10) des auftreffenden Strahls während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub-Mittenlinie M abweicht, wobei mindestens eine zu M parallele oder M entsprechende Linie P von der Bestrahlungsbahn (10) an drei Punkten Pl, P2 und P3 sukzessive überquert wird, so dass gilt: P2 liegt in Vorschubrichtung weiter vorne als PI und P3 liegt zwischen PI und P2, in einer Entfernung pl zu PI und einer Entfernung p2 zu P2, wobei: p2/pl ≥ 2,0, vorzugsweise p2/pl ≥ 3,5.

Description

Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile sowie
entsprechende Vorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials. Weiter betrifft die Erfindung eine Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile sowie eine entsprechende Bestrahlungseinheit für eine solche Herstellvorrichtung.
Verfahren und entsprechende Vorrichtungen zur additiven Fertigung
dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Zum schichtweisen Aufbringen ist üblicherweise mindestens eine entsprechende Beschichtungseinheit vorgesehen. Für das örtlich selektive Verfestigen wird üblicherweise mindestens eine entsprechende
Bestrahlungseinheit (z.B. umfassend mindestens einen Laser) bereitgestellt.
Üblicherweise wird der Auftreffpunkt eines Strahls zum örtlich selektiven
Verfestigen entlang linearer Bahnen (ggf. in sich abwechselnden Richtungen) verfahren. Dies führt zu einem punktuellen Schmelzen des Aufbaumaterials (Pulvers) und anschließendem Erstarren, was wiederum zu einem spannungsbehafteten Ergebnis führen kann.
Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik, insbesondere EP 2 893 994 Al,
EP 1 583 628 Bl und DE 10 2012 202 487 Al bekannt, den Auftreffpunkt des Strahls auf einem nicht-linearen Pfad zu verfahren. Dies wird beispielsweise in EP 2 839 994 Al dadurch erreicht, dass einer linearen Fortbewegung der
Bestrahlungskurve (Bestrahlungsbahn) ein Term senkrecht zu dieser linearen Fortbewegung überlagert wird, so dass insbesondere sinusförmige
Bestrahlungskurven erzielt werden.
In EP 1 583 628 Bl wird einer linearen Vorwärtsrichtung ein Interferenz-Term überlagert, so dass ausführungsgemäß ein helixartiger Verlauf der
Bestrahlungsbahn erzielt wird und somit der auftreffende Strahl teilweise auch entgegen der Vorschubrichtung (lokal betrachtet) bewegt wird. Aus
DE 10 2012 202 487 Al wird (gemäß einer Ausführungsform) ebenfalls ein helixartiger Verlauf, hier in Form eine Zykloide beschrieben.
US 2017/0341145 Al beschreibt ein sogenanntes„Rühren" („stirring") bei additiven Herstellungsverfahren unter Verwendung eines Lasers. In Fig. 2 werden Bahnen gezeigt, die etwas ungenau als„kreisförmig" („circular") bzw.„elliptisch" („elliptical") bezeichnet werden. Die sogenannte„elliptische" Bahn ist jedoch keine echte elliptische Bahn bzw. formt keine Ellipse, sondern setzt sich aus runden und relativ langen Abschnitten zusammen. Insbesondere bei der
Ausgestaltung mit vergleichsweise langen gerade Abschnitten ist mit einem vergleichsweise lokalisierten Wärmeeintrag im Bereich der geraden Abschnitte (die abschnittsweise mehrmals überfahren werden) zu erwarten.
Gegenüber dem Stand der Technik wird die Reduzierung von, insbesondere spannungsinduzierten, Unregelmäßigkeiten als weiter verbesserungswürdig angesehen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur additiven Fertigung
dreidimensionaler Bauteile sowie eine entsprechende Herstellvorrichtung und eine entsprechende Bestrahlungseinheit vorzuschlagen, bei der, insbesondere spannungsinduzierte, Unregelmäßigkeiten weiter reduziert werden können.
Insbesondere soll zusätzlich eine möglichst kurze Bauzeit realisiert werden.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch den Gegenstand gemäß Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe (gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung) gelöst durch ein Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das Aufbaumaterial
auftreffenden (einer Vorschubrichtung, mit Abweichungen gegenüber dieser, folgenden) Strahl, wobei eine Bestrahlungsbahn des auftreffenden Strahls (also insbesondere eine Bahn eines Auftreffpunktes bzw. Auftreffbereiches des Strahls) während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub-Mittenlinie M abweicht, wobei mindestens eine zu M parallele oder M entsprechende Linie von der Bestrahlungsbahn an drei Punkten P,1 P2 und P3 sukzessive (in der genannten zeitlichen Reihenfolge: erst P,1 dann P2, danach P3) überquert wird, so dass gilt:
- P2 liegt in Vorschubrichtung weiter vorne als P1 und
- P3 liegt zwischen P1 und P2, in einer EntfernungP1 zu P1 und einer
Entfernung p2 zu P2, wobei: p2/P1 ³ 2,0; vorzugsweise p2/P1 ³ 2,5;
weiter vorzugsweise p2/P1 ³ 3,0; weiter vorzugsweise p2/P1 ³ 3,5; weiter vorzugsweise p2/P1 ³ 4,0 oder sogar p2/P1 ³ 5,0.
Vorzugsweise gilt: p2/P1 ³ 3,0; weiter vorzugsweise p2/P1 ³ 3,1; weiter vorzugsweise p2/P1 ³ 3,5; weiter vorzugsweise p2/P1 ³ 3,6. Alternativ oder zusätzlich gilt vorzugsweise, dass zumindest ein Maximum einer Abweichung von M, insbesondere in einem (das Maximum enthaltenden) Abschnitt der
Bestrahlungsbahn zwischen Pl und P2, ein punktförmiges Maximum ist und/oder zumindest ein solches Maximum ein (gerades) linienförmiges Maximum mit einer Länge I ist (bzw. ein solches linienförmiges Maximum mit-ausbildet), für die gilt: I £ 0,33; vorzugsweise I £ 0,32, weiter vorzugsweise I £ 0,30 * (P1+p2), weiter vorzugsweise I £ 0,20 * (P1+p2), ggf. I £ 0, 10 * (P1 + p2) und/oder zumindest ein solches Maximum ein (gerades) linienförmiges Maximum mit einer Länge I ist (bzw. ein solches linienförmiges Maximum mit-ausbildet), für die gilt: I £ 0,375 * p2; vorzugsweise I £ 0,325 * p2, weiter vorzugsweise I £ 0,200 * p2, ggf.
I £ 0,150 * p2. Besonders bevorzugt gilt mindestens eine der vorgenannten Bedingungen für mehrere, z. B. mindestens 50 % aller, oder mindestens 75 % aller, oder alle derartige(n) Maxima (jeweils bezogen auf einen zugeordneten Abschnitt zwischen P1 und P2). Unter einem punktförmigen Maximum ist insbesondere ein Maximum zu verstehen, dass nicht innerhalb der Enden irgendeines geraden Abschnittes liegt (und auch keines der Enden ausbildet). Unter einem linienförmigen Maximum ist insbesondere ein Maximum zu verstehen, dass einen geraden Abschnitt ausbildet bzw. aus einem solchen besteht. Die jeweilige Länge I soll dann insbesondere die Länge zwischen den beiden Enden des geraden Abschnittes sein (wobei die Enden wiederum definiert sind dadurch dass die Bahn vom geraden Verlauf abweicht bzw. dieser endet). Insbesondere soll ein (Unter)-Abschnitt (mit mindestens einem Ende, an dem die Bahn vom geraden Verlauf nicht abweicht bzw. dieser nicht endet) in diesem Sinne nicht maßgeblich für die Bestimmung des linienförmigen Maximums bzw. der Länge I sein.
Durch einen (zumindest abschnittsweise, insbesondere im Bereich eines
Maximums der Abweichung von M) ungeraden (oder zumindest einen nur vergleichsweise kurzen geraden Abschnitt ausbildenden) Verlauf der
Bestrahlungsbahn kann der Wärmeeintrag weiterhin (insbesondere in eine Richtung quer zur Vorschubrichtung) gleichmäßiger erfolgen. Insbesondere werden die langen geraden Abschnitte, wie sie in US 2017/0341145 Al in Fig. 2B gezeigt sind, und der damit verbundene (in Querrichtung) vergleichsweise lokalisierte Wärmeeintrag vermieden. Dadurch können unerwünschte Spannungen reduziert werden.
Vorzugsweise ist das Maximum einer Abweichung von M, insbesondere in einem (das Maximum enthaltenden) Abschnitt der Bestrahlungsbahn zwischen P1 und P2 ein Bestandteil eins gekrümmten Abschnittes. Darunter soll insbesondere verstanden werden, dass der jeweils betrachtete Punkt kein Bestandteil einer geraden Linie ist. Die Krümmung kann stetig sein (wie beispielsweise bei einem Kreisbogen oder einem Abschnitt einer Ellipse). Es sind jedoch auch unstetige Formen (wie beispielsweise bei der Spitze eines Dreiecks) denkbar. Insofern kann die Krümmung auch gegen Unendlich gehen (sie soll jedoch vorzugsweise nicht null sein, also überhaupt existieren).
Ein Krümmungsradius (im Bereich des jeweiligen Maximums) ist vorzugsweise £ 10 mm, weiter vorzugsweise £ 1 mm, ggf. £ 800mm oder £ 500mm. ln Ausführungsformen weist die Bestrahlungsbahn keine geraden Abschnitte auf, die parallel zu M sind. Optional weist die Bestrahlungsbahn überhaupt keine geraden Abschnitte auf.
Wenn die Bestrahlungsbahn gerade Abschnitte aufweist, bilden diese (in Summe) vorzugsweise weniger als 80 %, weiter vorzugsweise weniger als 50 %, ggf. weniger als 25 % oder weniger als 10 % der Bestrahlungsbahn (bzw. von deren Länge, insbesondere in einem gedachten, gerade gezogenen Zustand der Bestrahlungsbahn) aus und/oder mehr als 2 % der Bestrahlungsbahn (bzw. von deren Länge, insbesondere in einem gedachten, gerade gezogenen Zustand der Bestrahlungsbahn) aus.
Wenn die Bestrahlungsbahn gerade Abschnitte aufweist, ist (sind) zumindest eine/r (ggf. mehrere oder alle) von diesen vorzugsweise kürzer als, insbesondere maximal 0,5-mal oder maximal 0,25-mal so groß wie, die Breite der nachfolgend noch näher erläuterten Verfestigungsbahn bzw, wie ein Abstand zwischen den nachfolgend noch näher erläuterten Einhüllenden (insbesondere wenn diese parallel zueinander und gerade verlaufen).
Wenn die Bestrahlungsbahn gerade Abschnitte aufweist, ist (sind) zumindest eine/r (ggf. mehrere oder alle) von diesen vorzugsweise kürzer als 1 mm, ggf. kürzer als 250 mm oder kürzer als 100 mm oder sogar kürzer als 50 mm.
Vorteilhafterweise werden vergleichsweise große Oberflächenbereiche erzeugt, in denen eine Aufheizung des Aufbaumaterials (Pulvers) und eine entsprechende Abkühlung vergleichsweise langsam erfolgt. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der auftreffende Strahl phasenweise vergleichsweise weit entgegen der Vorschub-Richtung zurückgeführt wird. Dadurch können Spannungen reduziert werden. Weiterhin kann insbesondere eine vergleichsweise kurze Bauzeit erreicht werden. Vorzugsweise ist die Prozessierung von vergleichsweise anspruchsvollen Werkstoffen, wie beispielsweise Cu, möglich. Eine Spannungsreduzierung im Werkstoff (Aufbaumaterial) wird insbesondere dadurch erreicht, dass das Aufbaumaterial (Pulver) vergleichsweise langsam aufgeheizt und geschmolzen und anschließend auch langsam abgekühlt wird. Während der beginnenden Abkühlung erfolgt beim Überfahren desselben Bestrahlungsbereiches ein erneuter Wärmeeintrag. Vergleichsweise anspruchsvolle Werkstoffe wie Kupfer (Cu) lassen sich einfacher bearbeiten, da insbesondere Porositäten
(Unregelmäßigkeiten) im erstarrten Material durch eine ausgedehnte (anhaltende) Zuführung der Bestrahlung zumindest teilweise geheilt werden können.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die obige Aufgabe insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile, insbesondere gemäß dem ersten Aspekt, durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das Aufbaumaterial auftreffenden (einer Vorschubrichtung, mit Abweichungen gegenüber dieser, folgenden) Strahl, wobei eine
Bestrahlungsbahn (also insbesondere eine Bahn eines Auftreffpunktes bzw.
Auftreffbereiches des Strahls) des auftreffenden Strahls während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub-Mittenlinie M abweicht, wobei eine Abweichung von M mindestens zwei zumindest lokale Maxima s1 und s2 durchläuft, wobei (bzw. für die) betragsmäßig gilt: . Vorzugsweise wird
Figure imgf000008_0001
mindestens eine zu M parallele oder M entsprechende Linie von der
Bestrahlungsbahn an drei Punkten P,1 P2 und P3 sukzessive (in der genannten zeitlichen Reihenfolge: erst P,1 dann P2, danach P3) überquert, wobei gilt: P2 liegt in Vorschubrichtung weiter vorne als P.1 Diese Bedingung gilt vorzugsweise (zumindest) in einem Bereich zwischen s1/2 und s2/2. Gemäß dem zweiten Aspekt kann eine vergleichsweise gleichmäßige Bestrahlung des Aufbaumaterials erzielt werden, wodurch wiederum Spannungen und entsprechende
Unregelmäßigkeiten reduziert werden können.
Unter einem Vorschub ist allgemein ein Voranschreiten bzw, eine Propagation einer (aus der Bestrahlung resultierenden) Verfestigungsbahn in einer
bestimmten Richtung zu verstehen.
Unter einer Vorschubrichtung (bzw. Hauptausbreitungsrichtung) ist insbesondere eine Ausbreitungsrichtung einer Verfestigungsbahn zu verstehen. Die Vorschubrichtung ist vorzugsweise (über zumindest eine Zeile bzw, Spalte während der gesamten Bestrahlung zur Herstellung des Objektes) konstant, kann jedoch auch variieren (beispielsweise, wenn die Verfestigungsbahn keine lineare Bahn ist, sondern eine gekrümmte, also nicht-lineare Bahn).
Die Bestrahlungsbahn per se weicht von dieser Vorschubrichtung
erfindungsgemäß (zumindest abschnittsweise) ab, folgt dieser aber in dem Sinne, dass (über eine bestimmte Zeile bzw. Spalte der Bestrahlung betrachtet) der auftreffende Strahl in dieser Richtung propagiert.
Unter der Vorschub-Mitenlinie M ist insbesondere diejenige Linie zu verstehen, die zentral innerhalb der Verfestigungsbahn verläuft. Verläuft das Voranschreiten der Verfestigungsbahn gerade (beispielsweise bei einer Bestrahlung in
Zeilen/Spalten), verläuft auch die Vorschub-Mittenlinie gerade. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorschub-Mittenlinie M auch dadurch bestimmt werden, dass für sämtliche obere Maxima eine (in Ausführungsformen gerade) Hüllkurve El (bzw. einhüllende Kurve, analog einer Schwebung für die Überlagerung zweier Schwingungen) gebildet wird und für sämtliche untere Maxima eine (in
Ausführungsformen gerade) Hüllkurve E2 gebildet wird und die Vorschub- Mittenlinie M genau zwischen diese Hüllkurven gelegt wird. In diesem
Zusammenhang ist die obere Hüllkurve nur als Abgrenzung zur unteren Hüllkurve zu verstehen, in dem Sinne, dass die Hüllkurven auf verschiedenen Seiten der Mittenlinie liegen. Die Hüllkurve (einhüllende Kurve) kann/können jeweils gerade verlaufen.
Die Verfestigungsbahn ist insbesondere derjenige Bereich, der durch die
Bestrahlung (der Bestrahlungseinheit, insbesondere eines Lasers) soweit temperiert wird, dass das Aufbaumaterial aufschmilzt (und nach einem Abkühlen verfestigt). Diese Verfestigungsbahn wird (zumindest annähernd) durch den zwischen den Einhüllenden E1, E2 liegenden Bereich sowie (zusätzlich) durch eine Strahlbreite bzw. Breite eines thermischen Wirkbereichs (je eine Halbe solche Breite im Bereich beider Hüllkurven) des auftreffenden Strahls festgelegt.
Unter einem thermischen Wirkbereich ist insbesondere derjenige Bereich um die (als Linie angenommen) Bestrahlungsbahn zu verstehen, in dem durch den Strahl (Laser) ein solcher Energieeintrag eingebracht wird, dass sich das Aufbaumaterial erwärmt. Diese Breite kann beispielsweise zu 2,5* d86 angenommen werden.
Insofern es auf den Strahldurchmesser d ankommt soll vorzugsweise der d86- Durchmesser herangezogen werden, wobei d86 wiederum denjenigen
Durchmesser meint, innerhalb dessen 86% der Strahlungsleistung (des Strahls, insbesondere Laserstrahls) eingebracht wird. Insbesondere bedeutet ein
Durchmesser d86 von 80 mm, dass 86% der (Laser-)leistung in einem Bereich mit einem Durchmesser von 80mm auftreffen. Die (Laser-)leistung kann ggf. nach der Gausschen Verteilung verteilt sein. Andere Verteilungen sind möglich. Der auftreffende Laserstrahl führt bei einem d86 von 80 mm vorzugsweise zu einer Erwärmung in einem Wirkbereich mit einem Durchmesser von (ca.) 200 mm (um den jeweiligen Mittelpunkt der Bestrahlungsbahn). Die Erwärmung des
erwärmten Bereich kann (je nach Zeitpunkt) eine Vorwärmung oder Ansinterung oder (zu einem späteren Zeitpunkt) ein Schmelzbad ausbilden, das die
Strahlungsquelle (insbesondere durch den Laser) erzeugt wird.
Die als Bestrahlungsbahn bezeichnete Bahn soll vorzugsweise einer
Steuerinformation, mit der die Bestrahlungseinheit angesteuert wird,
entsprechen. Die tatsächlich ausgeführte Bahn des Strahls kann davon
abweichen, da z.B. die Trägheit der Ablenkeinheit zu einer Abweichung von der theoretischen Bahn des Strahls führen kann.
Ein Temperaturverlauf innerhalb der Verfestigungsbahn lässt sich beispielsweise durch die Leistung der Bestrahlungsquelle, die Fokusbreite des Strahls und/oder die Geschwindigkeit, mit der sich der Strahl bewegt, gesteuert werden. Diese Parameter können beispielsweise empirisch an die Eigenschaften des
Aufbaumaterials und des zu erzeugenden Objekts angepasst werden.
Zur Bestimmung einer einhüllenden Kurve (Hüllkurve) werden vorzugsweise (lokale) Maxima, die vollständig innerhalb von mindestens einem anderen
Bahnabschnitt liegen, nicht berücksichtigt. Die einhüllende Kurve soll also die Bestrahlungsbahn vorzugsweise an keiner Stelle schneiden, sondern diese nur tangieren. Insbesondere ist zu unterscheiden zwischen der Bestrahlungsbahn, also der Bahn, der der auftreffende Strahl tatsächlich folgt, und der Verfestigungsbahn, die vorzugsweise eine Breite hat, die größer ist als die Breite des auftreffenden Strahls, Insoweit es auf die Position des auftreffenden Strahls ankommt
(beispielsweise zur Bestimmung der Bestrahlungsbahn), soll insbesondere der Mittelpunkt (geometrischer Schwerpunkt in der Fläche) des Auftreffbereiches (zu einem bestimmten Zeitpunkt) verstanden werden.
Nebeneinander (beispielsweise in aufeinanderfolgenden Zeilen bzw, Spalten) liegende Verfestigungsbahnen bzw. Bereiche, die jeweils durch zwei
entsprechende Einhüllende begrenzt werden, können einander (beispielsweise über zumindest 5 % und/oder höchstens 50 % einer Breite zumindest eines entsprechenden Bereiches bzw. zumindest einer Verfestigungsbahn) überlappen oder nicht überlappen (bzw. voneinander beabstandet sein) oder aneinander stoßen.
An drei Punkten P,1 P2 und P3 wird die Bestrahlungsbahn vorzugsweise
sukzessive überquert. Vor und nach der (jeweiligen) Überquerung liegt die
Bestrahlungsbahn damit insbesondere auf verschiedenen Seiten der Vorschub- Mittenlinie M. Falls die Überquerung nicht an einem bestimmten Punkt erfolgt, sondern über einen gewissen Abschnitt (z. B. Flachpunkt, im mathematischen Sinne), gilt insbesondere, dass der jeweilige Punkt (bzw. Ort der Überquerung) der Mittelpunkt des dann gerade verlaufenden Abschnittes ist.
Gemäß dem ersten Aspekt liegt P2 in Vorschubrichtung weiter vorne als P.1 Dies bedeutet insbesondere, dass in Bezug auf die Vorschubrichtung ein den Punkt P2 enthaltender Abschnitt später überfahren wird als ein den Punkt P1 enthaltender Abschnitt. In Bezug auf die Vorschubrichtung (Hauptausbreitungsrichtung) liegt also insbesondere P1 näher an einem Anfang der jeweiligen Verfestigungsbahn als P2 bzw. wird P1 zuerst überquert (bevor P2 überquert wird).
Insofern die EntfernungePn1 und p2 zu vergleichen sind, ist (wenn nichts anderes angegeben ist) vorzugsweise auf die jeweiligen Beträge (im
mathematischen Sinne) abzustellen. Die (lokalen) Maxima s1 und s2 können sich auf derselben Seite von M befinden. Alternativ oder zusätzlich können sich die lokalen Maxima s1 und s2 bzw. weitere lokale Maxima s1' und s2' auf verschiedenen Seiten von M befinden (in Bezug aufeinander).
In Ausführungsformen kann gelten, dass es sich bei s1, s1', s2 und s2' um (in der genannten Reihenfolge) aufeinanderfolgende Maxima handelt, wobei s1 und s2 auf derselben Seite von M sind sowie s1' und s2' beide auf der anderen Seite von M sind, wobei s1 ³ s2 und/oder s1 ³ s2'; und/oder s1' ³ s2' und/oder s1' ³ s2; und/oder s1 = s1' und/oder s2 = s2'. Dieses Muster kann sich zyklisch
wiederholen (z, B, mindestens 10 mal).
Auf beiden Seiten von M liegen mindestens 10, vorzugsweise mindestens 100, ggf. mindestens 1,000 (lokale) Maxima. Grundsätzlich ist unter einem (lokalen) Maximum ein Punkt zu verstehen, bei dem die Bestrahlungsbahn sich nach einem Entfernen von der Mittenlinie M sich dieser wieder annähert oder der Bestandteil einer Gruppe von Punkten ist, die insgesamt ein linienförmiges (lokales) Maximum ausbilden (z. B, bei Abflachungen oder Rechteckformen), Für die Hüllkurve (siehe oben) werden jedoch vorzugsweise nicht sämtliche dieser lokalen Maxima, sondern nur die äußeren, lokalen Maxima (die ggf. auch globale Maxima sein können) berücksichtigt. Unter einem globalen Maximum ist ein Maximum zu verstehen, dessen Abstand zu M von keinem anderen (lokalen) Maximum übertroffen wird.
Vorzugsweise ist eine Trennlinie definiert ist, die erste und zweite
Bestrahlungsbahnabschnitte voneinander trennt. Vorzugsweise liegen mehrere, insbesondere die Mehrzahl von, vorzugsweise alle Umkehrpunkte/n der
Bestrahlungsbahn auf der Trennlinie liegen. In Ausführungsformen kann eine Form der zweiten Bestrahlungsbahnabschnitte vorzugsweise einer Form der ersten Bestrahlungsbahnabschnitte entsprechen (z, B. beide Strukturen durch Kreisbögen definiert sein), jedoch die zweiten Bestrahlungsbahnabschnitte kleiner sein als die ersten Bestrahlungsbahnabschnitte (z. B. durch Kreisbögen mit einem kleineren Radius definiert sein).
Die Trennlinie T verläuft vorzugsweise parallel in einem Abstand zu M,
insbesondere derart, dass mindestens ein Maximum RI auf der einen Seite von T (betragsmäßig) größer ist als mindestens ein Maximum R2 auf der anderen Seite von T. In Ausführungsformen mit Kreisbögen können RI und R2 dem jeweiligen Radius entsprechen.
Unter einem Umkehrpunkt ist insbesondere eine Punkt zu verstehen, bei dem eine Komponente der Richtung der Bestrahlungsbahn, die parallel zu der
Vorschubrichtung verläuft, das Vorzeichen wechselt bzw. von„in
Vorschubrichtung" zu„entgegen der Vorschubrichtung", oder umgekehrt, wechselt.
Die Bestrahlungsbahn bildet vorzugsweise (als weiterbildenden oder als
eigenständig erfinderischen bzw. als unabhängigen Aspekt) zumindest
abschnitsweise (insbesondere über mindestens einen Winkelbereich von 45°, vorzugsweise mindestens 90°, noch weiter vorzugsweise mindestens 135°, insbesondere 180°) einen Kreisbogen aus. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Bestrahlungsbahn abschnittsweise einen (vollständigen) Halbkreis aus. Vorzugsweise setzt sich die Bestrahlungsbahn aus einer Reihe von Kreisbögen (Halbkreisen) zusammen, wobei sich weiter vorzugsweise Halbkreise mit (im Vergleich) größerem Radius und Halbkreise mit (im Vergleich) kleinerem Radius abwechseln und letztere insbesondere Abschnitten entsprechen, die entgegen der Vorschubrichtung gerichtet sind (bzw. rückwärtsgerichtet sind). In der ersten Ausführungsform können sämtliche Kreisbögen auf der einen Seite einer
Trennlinie T im Vergleich zueinander denselben Radius aufweisen und sämtliche Kreisbögen auf der anderen Seite von T im Vergleich zueinander denselben (beispielsweise im Verglich zu dem Radius der Kreisbögen auf der einen Seite kleineren) Radius aufweisen. In weiteren Ausführungsformen können auch auf einer Seite von T verschiedene (beispielsweise mindestens zwei oder mindestens drei verschiedene) Radien realisiert werden. Auf zumindest einer Seite von T, ggf. auf beiden Seiten von T, liegen (jeweils) vorzugsweise mindestens 10, weiter vorzugsweise mindestens 100, noch weiter vorzugsweise mindestens 1.000 Kreisbögen (insbesondere Halbkreise).
Alternativ oder zusätzlich kann sich die Bestrahlungsbahn abschnittsweise ellipsenförmig (als Ellipsenbogen; vorzugsweise über einen Winkelbereich, mit dem Ellipsen-Mittelpunkt als Ausgangspunkt, von mindestens 45°, weiter vorzugsweise mindestens 90°, noch weiter vorzugsweise mindestens 135°, insbesondere 180°) erstrecken. Weiter vorzugsweise bildet die Bestrahlungsbahn abschnittsweise eine Halbellipse aus. In einer konkreten Ausführungsform kann die Bestrahlungsbahn eine Vielzahl von Ellipsenbögen, insbesondere Halbellipsen aufweisen.
Die Bestrahlungsbahn kann auch abschnittsweise aus Kreisbögen, insbesondere Halbkreisen, und abschnittsweise aus Ellipsenbögen, vorzugsweise Halbellipsen, aufgebaut sein. Unter Halbellipsen sind vorzugsweise Ellipsenbögen zu verstehen, die sich zwischen den die Hauptachse schneidenden Scheitelpunkten der Ellipse erstrecken. Die Hauptachse ist insbesondere parallel zu der Vorschub-Mittenlinie M ausgerichtet. Insofern die Alternative Ellipse bzw. Halbellipse oder
Ellipsenbogen betroffen ist, handelt es sich hier insbesondere nicht um einen Kreis (oder dessen Abschnitte), auch wenn ein Kreis mitunter als Spezialfall einer Ellipse angesehen wird.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann die Bestrahlungsbahn zumindest abschnittsweise ein Oval ausbilden, insbesondere ein Halboval. Hier soll es sich insbesondere nicht (zwingend) um einen Kreisbogen oder einen Ellipsenbogen (oder Abschnitte von solchen) handeln, auch wenn mitunter Kreise und Ellipsen als Spezialfälle eines Ovals angesehen werden. Unter einem Oval ist vorzugsweise eine geschlossene, zweimal stetig differenzierbare konvexe Kurve in der Ebene zu verstehen. Der jeweilige (relevante) Oval-Abschnitt bzw. das jeweilige (relevante) Halboval ist vorzugsweise nicht geschlossen (kann jedoch zweimalig stetig differenzierbar sowie konvex und zu einem geschlossenen Oval ergänzbar sein).
Alternativ oder zusätzlich kann die Bestrahlungsbahn abschnittsweise gerade sein, insbesondere (mindestens) eine Dreiecksform (umfassend zwei Seiten eines Dreiecks) ausbilden. Alternativ oder zusätzlich kann die Bestrahlungsbahn abschnittsweise rechteckförmig und/oder trapezförmig sein. Insofern es auf die Form ankommt, kann die jeweils beschriebene Form jeweils (gedanklich) durch die Mittenlinie M ergänzt werden. In konkreten Ausführungsformen können sich größere Dreiecksformen (in Vorschubrichtung) mit kleineren Dreiecksformen (entgegen der Vorschubrichtung) abwechseln und/oder größere Rechtecksformen (in Vorschubrichtung) mit kleineren Rechtecksformen (entgegen der
Vorschubrichtung) abwechseln und/oder größere Trapezformen (in Vorschubrichtung) mit kleineren Trapezformen (entgegen der Vorschubrichtung) abwechseln. Die Relation kleiner bzw. größer soll vorzugsweise in
Vorschubrichtung und/oder senkrecht dazu gelten.
In Ausführungsformen kann sich eine Vorwärtsbewegung insbesondere aus unterschiedlichen Radien (also unterschiedlichen Frequenzen pro Halbwelle) ergeben. Insbesondere können dabei zwei (oder mehr) Frequenzen alterniert werden.
Generell ist die Ausbildung der Bestrahlungsbahn durch aufeinanderfolgende Kreisbögen und/oder Ellipsenbögen mit großer Halbachse in Vorschubrichtung und/oder Dreiecksabschnitte und/oder Vierecksabschnitte, insbesondere
Recktecksabschnitte und/oder Trapezabschnitte, als eigenständige (und hiermit beanspruchte) Erfindung anzusehen, die gemäß den obigen und nachfolgenden Erläuterungen weitergebildet werden kann (mit dem oder, alternativ, ohne das Erfordernis p2/P1 ³ 2,0 und/oder das Erfordernis s1 * s2). Die jeweiligen
Abschnitte sollen vorzugsweise so ausgestaltet sein, dass sich die entsprechende (geschlossene) Form (z. B. Dreieck) unter Berücksichtigung der Trennlinie T ergibt.
Ein Abstand zwischen einem ersten Schnittpunkt der Bestrahlungsbahn mit M und einem jeweils übernächsten Schnittpunkt mit M und/oder einem jeweils viertnächsten und/oder sechstnächsten und/oder achtnächsten Schnittpunkt mit M bleibt vorzugsweise konstant. Dadurch kann eine vergleichsweise
kontinuierliche Aufschmelzung ermöglicht werden. Unter einem übernächsten Schnittpunkt ist derjenige Schnittpunkt zu verstehen, der als übernächster erreicht wird, wenn die Bestrahlungsbahn abgefahren wird. Der übernächste Schnittpunkt ist also hier derjenige, der zeitlich nach dem Ausgangspunkt und nach dem nächsten Schnittpunkt abgefahren wird. Analog ist der viertnächste Schnittpunkt derjenige Schnittpunkt, der nach dem Ausgangspunkt und drei weiteren Schnittpunkten erreicht wird. Insoweit der jeweilige Abstand konstant bleibt, soll dies über zumindest 10, vorzugsweise zumindest 100, weiter vorzugsweise zumindest 1.000 nachfolgende Schnittpunkte gelten. Bei dem ersten Schnittpunkt kann es sich um einen Ausgangspunkt (am Anfang einer Zeile bzw. Spalte) handeln oder irgendeinem Zwischenpunkt, der dann als erster Punkt anzusehen ist. Ein Abstand zwischen einem ersten Umkehrpunkt (im Allgemeinen ein beliebiger Ausgangspunkt) der Bestrahlungsbahn, bei dem eine Komponente der Richtung der Bestrahlungsbahn, die parallel zu der Vorschubrichtung verläuft, das
Vorzeichen wechselt und einem jeweils nächsten (und/oder übernächsten und/oder drittnächsten und/oder viertnächsten) solchen Umkehrpunkt, bei dem der Vorzeichenwechsel gleich ist, bleibt vorzugsweise konstant. Unter einem gleichen Vorzeichenwechsel ist also insbesondere zu verstehen, dass die
Bestrahlungsbahn (bezogen auf die Vorschubrichtung) jeweils, beispielsweise, von„in Vorschubrichtung" zu„entgegen der Vorschubrichtung" wechselt.
Insbesondere gilt dies für mindestens 10, vorzugsweise mindestens 100, weiter vorzugsweise mindestens 1.000 nachfolgende Umkehrpunkte mit gleichem
Vorzeichenwechsel. Dadurch kann eine kontinuierliche und einheitliche
Aufschmelzung erreicht werden.
Vorzugsweise liegt/liegen (in örtlicher Hinsicht) zwischen P3 und P2 mindestens ein weiterer, weiter vorzugsweise mindestens zwei weitere, noch weiter vorzugsweise mindestens drei weitere Punkte, an denen die Bestrahlungsbahn die zu M parallele Linie, insbesondere die Vorschub-Mittenlinie M, überquert. Dadurch wird erreicht, dass derselbe Abschnitt des der Verfestigungsbahn mehrmals überquert wird, so dass ein besonders schonendes Aufschmelzen und wieder Erstarren ermöglicht wird.
Vorzugsweise erfolgt zwischen s1 und s2 mindestens eine Richtungsänderung in Bezug auf die Vorschubrichtung.
Im Allgemeinen können s1 und s2 unmittelbar aufeinanderfolgende Maxima sein oder s2 das zum Maximum s1 übernächste Maximum (oder ein noch anderes Maximum, beispielsweise das dritt- oder viertnächste Maximum).
Die Maxima s1 und s2 können auf derselben Seite von M oder, alternativ, auf verschiedenen Seiten von M liegen. In einer konkreten Ausführungsform liegen auf derselben Seite von M die Maxima s1 und s2 sowie auf einer anderen Seite von M mindestens ein weiteres Maximum s3 (bzw. s2'), das insbesondere
(betragsmäßig) kleiner als s1 ist (beispielsweise betragsmäßig gleich s2).
Weiterhin können auf der anderen Seite weitere Maxima s4 (bzw. s1') liegen, die größer als s2 sind (beispielsweise betragsmäßig gleich s1). In einer konkreten Ausführungsform umfasst die Bestrahlungsbahn des Strahls unter anderem die Punkte A, B, C, D und E, die sukzessive abgefahren werden, wobei der Punkt E näher am Punkt A ist als der Punkt C, wobei die Punkte B und D auf verschiedenen Seiten von M liegen, wobei auf einem zwischen den Punkten A und C liegenden ersten Abschnitt der Bestrahlungsbahn der Punkt D das Maximum s1 definiert und auf einem zwischen den Punkten C und E liegenden zweiten Abschnitt der Bestrahlungsbahn der Punkt D das Maximum s2 (bzw, s2') definiert.
Die Abweichung von M durchläuft vorzugsweise mindestens ein drittes (lokales) Maximum s3, wobei (vorzugsweise) betragsmäßig gilt;
Figure imgf000017_0002
und/oder
Figure imgf000017_0001
Vorzugsweise gilt: s2 £ 0,95 * s1, ggf. s2 £ 0,80 * s1, und/oder s2 ³ 0,5 * s1, vorzugsweise s2 ³ 0,7 * s1.
Vorzugsweise ist ein Abstand zwischen mindestens einem Paar (in zeitlicher Hinsicht insbesondere unmittelbar) aufeinanderfolgender Schnittpunkte mit der Mittenlinie M und/oder ein Abstand zwischen mindestens einem Paar (in zeitlicher Hinsicht insbesondere unmittelbar) aufeinanderfolgender Umkehrpunkte (in Bezug auf die Vorschubrichtung) größer als ein zwischen den beiden Schnittpunkten bzw. Umkehrpunkten liegendes Maximum (gegenüber M; betragsmäßig; senkrecht zur Vorschubrichtung).
Vorzugsweise wird die Bedingung p2/P1 ³ 2,0; vorzugsweise p2/P1 ³ 2,5; weiter vorzugsweise p2/P1 ³ 3,0; weiter vorzugsweise p2/p1 ³ 3,5; weiter vorzugsweise p2/P1 ³ 4,0 für eine zu M parallele Linienschar erfüllt, die insgesamt mindestens 10 %, ggf. mindestens 30 % oder mindestens 50 %, der
Verfestigungsbahnabdeckt und/oder mindestens 10 %, ggf. mindestens 30 % oder mindestens 50 %, eines Bereiches zwischen den beiden Einhüllenden E1, E2 abdeckt.
Zwischen zwei (unmittelbar aufeinanderfolgenden) Kreuzungspunkten mit M und/oder T kann (genau) ein (lokales) Maximum oder können mehrere (lokale) Maxima liegen. Vorzugsweise wird mindestens ein Punkt der Verfestigungsbahn bzw. mindestens ein Punkt in dem Bereich zwischen den Einhüllenden von dem auftreffenden Strahl und/oder zumindest von einem dem auftreffenden Strahl zugeordneten Wirkbereich (bei Abfahren einer bestimmten Zeile bzw Spalte) mindestens zweimal, ggf. mindestens dreimal überstrichen. Dieser mindestens eine Punkt kann ein Kreuzungspunkt (an dem sich die Bestrahlungsbahn selbst schneitet) sein oder ein Punkt, der kein Kreuzungspunkt ist, insbesondere um mindestens einen halben Strahldurchmesser des auftreffenden Strahls (bzw. mindestens einem halben Durchmesser des Aufwärmbereichs) von einem nächsten
Kreuzungspunkt entfernt ist. Die obige Bedingung des mindestens zweimaligen Überstreichens kann ggf. für eine Vielzahl (bzw. ein Kontinuum) von Punkten gelten, die (das) flächenmäßig mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 25%, ggf. mindestens 50% oder mindestens 80% des Bereiches zwischen den
Einhüllenden ausbildet. Die obige Bedingung kann alternativ oder zusätzlich für mindestens einen Punkt gelten der auf der Mittenlinie M liegt (vorzugsweise: für mindestens 50% solcher Punkte) und/oder für mindestens einen Punkt gelten, der auf der Trennlinie T liegt (vorzugsweise; für mindestens 50% solcher Punkte).
Ein Durchmesser des Wirkbereichs (Aufwärmbereichs) des auftreffenden Strahls kann aus dem Durchmesser des auftreffenden Strahls abgeleitet sein,
insbesondere (bewusst vereinfachend) als 2,5-mal so groß wie der Durchmesser des auftreffenden Strahls angenommen werden. Der auftreffende Laserstrahl führt beispielsweise bei einem d86 von 80 mm vorzugsweise zu einer Erwärmung in einem Wirkbereich mit einem Durchmesser von (ca.) 200 mm (um den jeweiligen Mittelpunkt der Bestrahlungsbahn). Die Erwärmung des Wirkbereichs kann (je nach Zeitpunkt) eine Vorwärmung oder Ansinterung oder (zu einem späteren Zeitpunkt) ein Schmelzbad zur Folge haben, das durch die
Strahlungsquelle (insbesondere durch den Laser) erzeugt wird.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Bestrahlungseinheit, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens der obigen Art, für eine (bzw. einer) Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials mittels mindestens einer Beschichtungseinheit und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das Aufbaumateriai auftreffenden, einer Vorschubrichtung folgenden, Strahl, wobei eine Steuereinheit vorgesehen und konfiguriert ist, eine Bestrahlungsbahn des auftreffenden Strahls so zu steuern, dass die
Bestrahlungsbahn des auftreffenden Strahls während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub-Mittenlinie M abweicht, wobei mindestens eine zu M parallele oder M entsprechende Linie P von der Bestrahlungsbahn an drei Punkten P,1 P2 und P3 sukzessive überquert wird, so dass gilt:
- P2 liegt in Vorschubrichtung weiter vorne als P1 und
- P3 liegt zwischen P1 und P2, in einer EntfernungP1 zu P1 und in einer Entfernung p2 zu P2, wobei gilt: p2/P1 ³ 2,0, vorzugsweise p2/P1 ³ 3,5.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine
Bestrahlungseinrichtung, insbesondere der obigen Art, vorzugsweise zum
Durchführen des obigen Verfahrens, für eine (bzw. einer) Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials mittels mindestens einer Beschichtungseinheit und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das Aufbaumaterial auftreffenden, einer Vorschubrichtung folgenden, Strahl, wobei eine Steuereinheit vorgesehen und konfiguriert ist, eine Bestrahlungsbahn des auftreffenden Strahls so zu steuern, dass die Bestrahlungsbahn des auftreffenden Strahls während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub- Mittenlinie M abweicht, wobei eine Abweichung von M mindestens zwei zumindest lokale Maxima s1 und s2 durchläuft, wobei betragsmäßig gilt: s1 * s2.
Ausführungsgemäß ist die Bestrahlungseinrichtung, insbesondere deren
Steuereinheit konfiguriert, das oben und/oder nachfolgend beschriebene
Verfahren durchzuführen.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile, konfiguriert zur Durchführung des obigen Verfahrens und/oder umfassend eine Bestrahlungseinheit der obigen Art sowie mindestens eine Beschichtungseinheit.
Das (pulverförmige) Aufbaumaterial umfasst vorzugsweise mindestens ein Metall und/oder mindestens ein Keramikmaterial und/oder mindestens einen Kunststoff, vorzugsweise Polymer. Das Metall kann beispielsweise Aluminium, Titan, Nickel, Eisen, Wolfram, Molybdän und/oder Legierungen davon umfassen. Besonders bevorzugt umfasst das (pulverförmige) Aufbaumaterial Kupfer. Vorzugsweise besteht das Aufbaumaterial zu mindestens 10 Gew.-%, weiter vorzugsweise 50 Gew.-%, noch weiter vorzugsweise mindestens 80 Gew.-%, noch weiter vorzugsweise mindestens 99 Gew.-% oder 99,99 Gew.-% oder 100 Gew.-% aus einem (insbesondere einem der oben genannten) oder mindestens einem
(insbesondere mehreren der oben genannten) Metall/en.
Zwei benachbarte Verfestigungsbahnen können überlappend, auf Stoß oder mit einem Abstand zueinander ausgebildet sein.
Eine Geschwindigkeit in Vorschubrichtung kann mindestens 500 mm/s, vorzugsweise mindestens 2.000 mm/s und/oder höchstens 20.000 mm/s betragen. Ausführungsgemäß kann beispielsweise ein Halbkreis mit einem Radius RI, gefolgt von einem weiteren Halbkreis mit einem Radius R2, gefolgt von einer Halbellipse mit einer (insbesondere kleinen) Halbachse r3 und einer weiteren Halbellipse mit einer (insbesondere kleinen) Halbachse r4 (ggf. sich zyklisch wiederholend) ausgebildet sein. Vorzugsweise ist RI größer R2 und/oder größer als r3 und/oder größer als r4. Alternativ oder zusätzlich ist R2 größer als r3. Alternativ oder zusätzlich ist r4 größer als r3.
Gegebenenfalls folgt auf der Mittenlinie M und/oder (unmittelbar) benachbart zu dieser keine Bestrahlung des Aufbaumaterials, da diese (dann nicht bestrahlte) Mitte ggf. überschmolzen werden kann.
Die Bestrahlungsbahn kann in alternativen Ausführungsformen (z. B. über mindestens 1%, ggf, mindestens 5% und/oder höchsten 20%, ggf. höchsten 10%) unterbrochen werden. Dazu kann ggf. eine Ablenkeinheit weiterfahren, jedoch eine Bestrahlung ausgesetzt werden, insbesondere eine
Bestrahlungsquelle, vorzugsweise ein Laser, ausgeschaltet werden.
Bei einer unterbrochenen Bestrahlungsbahn kann diese ggf. im Hinblick auf die obigen Definitionen zu einer geschlossenen theoretischen Bestrahlungsbahn ergänzt werden. Als theoretische Bestrahlungsbahn soll insbesondere diejenige Bahn verstanden werden, die sich ergeben würde, wenn die Bestrahlung nicht abschnittsweise abgeschaltet wäre und/oder diejenige Bahn die eine gerade Fortsetzung in Unterbrechungsabschnitten impliziert.
Eine Summe R1 + R2 und/oder eine Summe r3+r4 kann beispielsweise abhängig von einer Breite eines thermischen Wirkbereichs und/oder abhängig vom
Durchmesser des Bestrahlungsfokus (Laserfokus) und/oder abhängig von der Bahngeschwindigkeit gewählt werden. Vorzugsweise entspricht r3+r4 immer mindestens R1 + R2 abzüglich einer aus dem Bestrahlungsfokus (Laserfokus) resultierenden Breite des thermischen Wirkbereiches des auftreffenden Strahls. Beispielsweise je nach Parametrisierung und Material kann ein Überlapp von resultierenden Schmelzbädern realisiert werden.
Die Verfestigungsbahnbreite (und/oder Abstand der Hüllkurven zueinander) kann mindestens 10 mm, weiter vorzugsweise mindestens 100 mm und/oder höchstens 5000 mm, ggf. höchstens 2.000 mm betragen.
Die erfindungsgemäße (additive) Herstellvorrichtung und das entsprechende Herstellungsverfahren sind allgemein dadurch charakterisiert, dass Objekte (Bauteile) durch Verfestigen eines (insbesondere formlosen) Aufbaumaterials Schicht für Schicht hergestellt werden können. Die Verfestigung kann durch Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial durch Bestrahlung desselben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, zum Beispiel beim
Lasersintern („SIS" oder„DMLS"), Laserschmelzen oder
Elektronenstrahlschmelzen, herbeigeführt werden. Vorzugsweise ist die
Herstellvorrichtung als Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung ausgebildet. Beim Lasersintern oder Laserschmelzen wird der Einwirkbereich des Laserstrahls (Laserfleck) auf eine Schicht des Aufbaumaterials über jene Stellen der Schicht bewegt, die dem Bauteilquerschnitt des herzustellenden Bauteils in dieser Schicht entsprechen. Dabei wird wiederholt (nach einem jeweiligen Absenken des
Baufeldes) eine dünne Schicht eines pulverförmigen Aufbaumaterials aufgebracht und das Aufbaumaterial in jeder Schicht durch selektives Bestrahlen mit mindestens einem Laserstrahl örtlich selektiv verfestigt.
Unter einem Baufeld ist insbesondere ein zweidimensionaler Bereich (2D- Teilbereich) einer Arbeitsebene der Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung zu verstehen, in dem die Strahlen der mindestens einen Bestrahlungseinheit zur selektiven Verfestigung auf das Aufbaumaterial auftreffen können bzw. in dem sich ein das Bauteil aufnehmender Baubehälter erstreckt, der (auch) das
(unverfestigte) Aufbaumaterial enthalten kann. Insofern ist die Fläche des Baufeldes für die Fertigung nutzbar. Insbesondere kann das Baufeld als die oberste Pulverschicht (2D-Oberfläche) verstanden werden. Das Baufeld ist vorzugsweise rund, insbesondere zumindest im Wesentlichen kreisförmig, kann aber auch andere Formen annehmen, beispielsweise rechteckförmig,
insbesondere quadratisch.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schnittpunkten mit der Mittenlinie M und/oder der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umkehrpunkten (in Bezug auf die Vorschubrichtung) größer als ein zwischen den beiden
Schnittpunkten bzw. Umkehrpunkten liegendes Maximum (betragsmäßig;
senkrecht zur Vorschubrichtung).
Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Abbildung, teilweise wiedergegeben als
Querschnitt, einer Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Objekts;
Fig. 2 eine schematische Darstellung von Abschnitten einer
erfindungsgemäßen Strahlungsbahn;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Bestrahlungsbahn;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer
erfindungsgemäßen Bestrahlungsbahn gemäß einer alternativen Ausführungsform; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer weiteren erfindungsgemäßen Bestrahlungsbahn;
Fig, 6 einen schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen
Bestrahlungsbahn;
Fig, 7 eine schematische Darstellung einer Verfestigungsbahn;
Fig, 8 einen schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen
Bestrahlungsbahn gemäß einer weiteren Alternative;
Fig. 9 einen schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen
Bestrahlungsbahn gemäß einer weiteren Alternative;
Fig. 10 einen schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen
Bestrahlungsbahn gemäß einer weiteren Alternative;
Fig. 11 einen schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen
Bestrahlungsbahn gemäß einer weiteren Alternative;
Fig. 12 einen schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen
Bestrahlungsbahn gemäß einer weiteren Alternative;
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine an sich bekannte Lasersinter- oder Lasersintervorrichtung a1. Zum Aufbauen eines Objekts a2 enthält sie eine Prozesskammer a3 mit einer Kammerwandung a4. In der Prozesskammer a3 ist ein nach oben offener Baubehälter a5 mit einer Wandung a6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters a5 ist eine Arbeitsebene a7 definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene a7, der zum Aufbau des Objekts a2 verwendet werden kann, als Baufeld a8 bezeichnet wird. In dem Baubehälter a5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger a1O angeordnet, an dem eine Grundplatte a1 l angebracht ist, die den Baubehälter a5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte a1 l kann eine getrennt von dem Träger a1O gebildete Platte sein, die an dem Träger a1O befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger a1O gebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte a1 l noch eine
Bauplattform a12 angebracht sein, auf der das Objekt a2 aufgebaut wird. Das Objekt a2 kann aber auch auf der Grundplatte a1 l selber aufgebaut werden, die dann als Bauplattform dient. In Fig, 1 ist das in dem Baubehälter aS auf der Bauplattform a12 zu bildende Objekt a2 unterhalb der Arbeitsebene a7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial a13. Die Lasersintervorrichtung a1 enthält weiter einen Vorratsbehälter a14 für ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares pulverförmiges Aufbaumaterial a15 und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter a16 zum Aufbringen des
Aufbaumaterials a15 auf das Baufeld a8. Die Lasersintervorrichtung a1 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung a20 mit einem Laser a21, der einen
Laserstrahl a22 als Energiestrahlbündel erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung a23 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung a24 über ein
Einkoppelfenster a25, das an der Oberseite der Prozesskammer a3 in deren Wandung a4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene a7 fokussiert wird.
Weiter enthält die Lasersintervorrichtung a1 eine Steuereinheit a29, über die die einzelnen Bestandteile der Lasersintervorrichtung a1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Die Steuereinheit a29 kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung auf einem Speichermedium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrichtung,
insbesondere in die Steuereinheit geladen werden kann. Im Betrieb wird zum Aufbringen einer Pulverschicht zunächst der Träger a10 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schichtdicke entspricht.
Durch Verfahren des Beschichters a16 über die Arbeitsebene a7 wird dann eine Schicht des pulverförmigen Aufbaumaterials a15 aufgebracht. Zu Sicherheit schiebt der Beschichter a16 eine etwas größere Menge an Aufbaumaterial a15 vor sich her, als für den Aufbau der Schicht erforderlich ist. Den planmäßigen
Überschuss an Aufbaumaterial a15 schiebt der Beschichter a16 in einen
Überlaufbehälter a18. Auf beiden Seiten des Baubehälters a5 ist jeweils ein Überlaufbehälter a18 angeordnet. Das Aufbringen des pulverförmigen Aufbaumaterials a15 erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Objekts a2, vorzugsweise über das gesamte Baufeld a8, also den Bereich der Arbeitsebene a7, der durch eine Vertikalbewegung des Trägers a10 abgesenkt werden kann. Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts a2 von dem Laserstrahl a22 mit einem Strahlungseinwirkbereich (nicht gezeigt) abgetastet, der schematisch eine Schnittmenge des Energiestrahlbündels mit der
Arbeitsebene a7 darstellt. Dadurch wird das pulverförmige Aufbaumaterial a15 an Stellen verfestigt, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts a2
entsprechen. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Objekt a2 fertiggestellt ist und dem Baubehälter a5 entnommen werden kann.
Zum Erzeugen eines bevorzugt laminaren Prozessgasstroms a 34 in der
Prozesskammer a3 enthält die Lasersintervorrichtung a1 ferner einen
Gaszuführkanal a32, eine Gaseinlassdüse a30, eine Gasauslassöffnung a31 und einen Gasabführkanal a33. Der Prozessgasstrom a34 bewegt sich horizontal über das Baufeld a8 hinweg. Auch die Gaszufuhr und -abfuhr kann von der
Steuereinheit a29 gesteuert sein (nicht dargestellt). Das aus der Prozesskammer a3 abgesaugte Gas kann einer (nicht gezeigten) Filtervorrichtung zugeführt werden, und das gefilterte Gas kann über den Gaszuführkanal a32 wieder der Prozesskammer a3 zugeführt werden, wodurch ein Umluftsystem mit einem geschlossenen Gaskreislauf gebildet wird. Statt lediglich einer Gaseinlassdüse a30 und einer Gasauslassöffnung a31 können jeweils auch mehrere Düsen bzw.
Öffnungen vorgesehen sein.
Fig. 2 zeigt Ausschnitte von zwei Bestrahlungsbahnen 10, die Bestandteil von zwei teilweise überlappenden, durch die Bestrahlungsbahnen 10 gebildeten Verfestigungsbahnen 11 sind. Während die Bestrahlungsbahnen 10 per se krummlinig sind, sind die Verfestigungsbahnen 11 geradlinig.
Die Bestrahlungsbahnen 10 definieren die Bahn des auftreffenden Strahls (bzw. dessen Mittelpunktes). In der (in Fig. 2 oberen) Verfestigungsbahn 11 erfolgt ein Vorschub in einer Vorschubrichtung 12 von links nach rechts; in der (in Fig. 2 unteren) Verfestigungsbahn 11 von rechts nach links. Ein thermischer Wirkbereich 13 des auftreffenden Strahls ist durch einen schwarzen Kreis gekennzeichnet; die jeweilige Vorschubrichtung 12 durch einen schwarzen Pfeil.
Die jeweilige Bestrahlungsbahn 10 setzt sich jeweils aus größeren Halbkreisen und kleineren Halbkreisen zusammen, die alternierend angeordnet sind.
Die größeren Halbkreise haben einen Radius RI, die kleineren Halbkreise haben einen Radius R2. Dadurch, dass gilt: R2 £ RI, wird ein Vorschub realisiert. Wenn ein größerer Halbkreis und ein anschließender kleinerer Halbkreis einmal durchfahren wird, entspricht dieser Vorschub der StreckeP1 . Die StreckeP1 ist deutlich kleiner als p2. Die Strecke p2 ist im vorliegenden Fall wiederum die Differenz des Durchmessers 2*R1 des größeren Halbkreises minusP1 (also p2 = 2*Rl-P1 bzw, p2 = 2*R2).. Konkret soll insbesondere gelten: p2/P1 ³ 2,0, vorzugsweise p2/P1 ³ 2,5, noch weiter vorzugsweise p2/P1 ³ 3,0, noch vorzugsweise p2/P1 ³ 3,5, noch weiter vorzugsweise p2/P1 ³ 4,0.
Weiterhin erkennt man in Fig. 2, dass eine Überlappung U deutlich geringer ist als eine Summe der Radien R1 + R2. Vorzugsweise gilt (insbesondere auch verallgemeinert auf Formen der Bestrahlungsbahn 10, die von Fig. 2 abweichen, dann wäre R1 + R2 durch einen Hüllkurvenabstand zu ersetzen): (Rl + R2)/U ³ 2,0, vorzugsweise ³ 3,0. Für einen Durchmesser d des thermischen Wirkbereichs 13 eines auftreffenden Strahls 15 gilt vorzugsweise, dass dieser Durchmesser d (deutlich) kleiner ist als R1 + R2, wobei vorzugsweise gilt (insbesondere auch verallgemeinert auf Formen der Bestrahlungsbahn 10, die von Fig. 2 abweichen, dann wäre R1 + R2 durch einen Hüllkurvenabstand zu ersetzen): (R1 + R2)/D ³ 1,5, vorzugsweise ³ 2,5.
Im Übrigen lässt sich Fig. 2 entnehmen, dass der auftreffende Strahl bzw.
zumindest der thermische Wirkbereich 13 des auftreffenden Strahls zumindest einen Großteil aller Punkte innerhalb der beiden Einhüllenden E1, E2 mindestens zweimal überstreicht (aufgrund des Durchmessers d und aufgrund der Tatsache, dass zu einem gegebenen Bahnabschnitt benachbarte Bahnabschnitte
vergleichsweise nahe sind, insbesondere teilweise sogar einen Abstand
zueinander aufweisen der kleiner als d ist, was beispielsweise für Bahnabschnitte gilt, die nahe zu den Einhüllenden E1,, E2 verlaufen). Diese Punkte bilden vorzugsweise mindestens 50%, ggf. mindestens 80% des Bereiches zwischen den Einhüllenden E1, E2 aus. Dies ist jedoch nicht zwingend, insbesondere da die vom auftreffenden Strahl bzw. von der Bestrahlungsbahn aufgeheizte Zone ggf, größer ist als der Strahldurchmesser,
In Fig. 3 ist eine schematische Bestrahlungsbahn 10 analog Fig. 2 vergrößert und mit weiteren Beschriftungen und erläuternden Linien gezeigt. Zunächst ist in Fig. 3 eine Vorschub-Mittenlinie M erkennbar. Aufgrund der verschiedenen
Dimensionierung der Halbkreise der Bestrahlungsbahn 10 entspricht diese
Mittenlinie M nicht einer (gedachten) Trennlinie T, die die großen Halbkreise von den kleinen Halbkreisen trennt. Die Vorschub-Mittenlinie M ist (genau) mittig zwischen den Einhüllungen El und E2 angeordnet, definiert also eine
geometrische Mitte des zwischen den Einhüllungen El und E2 liegenden Bereiches (bzw. eine Mitte der Verfestigungsbahn 11).
Weiterhin sind in Fig. 3 Punkte A, B, C, D und E gekennzeichnet. Diese werden sukzessive vom auftreffenden Strahl 15 durchlaufen. Die Punkte A, C und E bilden dabei Umkehrpunkten, an denen der auftreffende Strahl 15 seine Richtung (in Bezug auf die Vorschubrichtung 12 = Hauptausbreitungsrichtung bzw.
Verfestigungsbahnausbreitungsrichtung) ändert.
In Fig. 3 sind neben der Vorschub-Mittenlinie M noch zwei zu dieser Vorschub- Mittenlinie M parallele Linien, nämlich eine Trennlinie T und eine weitere
(beliebige parallele) Linie L gezeichnet. Diese Linien werden an den Punkten P,1
P2 und P3 bzw. A, E und C bzw. R 1', P2' und P3' geschnitten. Für sämtliche dieser Linien gilt mindestens: p2(' ) p1 ('} ³ 2,0. Dies bedeutet wiederum, dass P3 P1 vergleichsweise nahe an p1 ('} liegt und somit dieselben Bereiche in Bezug auf die Vorschubrichtung bzw. sämtliche Bereiche der Verfestigungsbahn 11 mehrfach überfahren werden bzw. insbesondere sogar (je nach Strahldurchmesser d) sämtliche Bereiche mindestens zweimal überquert werden. Insbesondere wenn gilt: d ³ p1 ('} für alle möglichen p1 ('} ist die letztere Bedingung erfüllt.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der (analog zu Fig. 2 und 3) ebenfalls größere und kleinere Halbkreise durchlaufen werden, zusätzlich jedoch auch noch größere sowie kleinere Halbellipsen. Oberhalb einer Trennlinie T befinden sich der jeweils kleinere Halbkreis und die jeweils kleinere Halbellipse (in der zeichnerischen Darstellung gemäß Fig . 4, wobei„oberhalb" nicht tatsächlich„im Raum oberhalb" bedeuten soll). Der jeweils größere Halbkreis und die jeweils größere Halbellipse sind unterhalb der Trennlinie T angeordnet.
Aufgrund der verschieden groß ausgebildeten Halbkreise sowie Halbellipsen ist auch hier die Trennlinie T oberhalb der eigentlichen Vorschub-Mittenlinie M (die mittig zwischen den Einhüllenden El und E2 liegt). Sukzessive folgen einander vorzugsweise: großer Halbkreis - große Halbellipse - kleiner Halbkreis - kleine Ellipse (sich periodisch wiederholend).
Der große Halbkreis hat den Radius RI. Der kleine Halbkreis hat den Radius R2. Die große Halbellipse hat die kleine Halbachse r3. Die kleine Halbellipse hat die kleine Halbachse r4. Die jeweilige Halbachse der jeweiligen Halbellipse erstreckt sich also senkrecht zur Vorschubrichtung 12. Die große Halbachse der großen Halbellipse hat den Wert RI und die große Halbachse der kleinen Halbellipse hat den Wert R2.
Durch die großen Halbkreise wird eine Vielzahl von Maxima mit dem Betrag s1 (in Bezug auf M) auf der einen Seite von M gebildet. Durch die kleinen Halbkreise wird eine Vielzahl von Maxima mit dem Betrag s1' (=s1) (in Bezug auf M) auf der anderen Seite von M gebildet. Durch die großen Halbellipsen wird eine Vielzahl von Maxima mit dem Betrag s2 (in Bezug auf M) auf der einen Seite von M gebildet. Durch die kleinen Halbellipsen wird eine Vielzahl von Maxima mit dem Betrag s2' (=s2) (in Bezug auf M) auf der anderen Seite von M gebildet.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform analog Fig. 4, jedoch mit im Verhältnis zu den Halbkreisen kleineren Halbellipsen (bzw. auf einer Ausdehnung senkrecht zur Vorschubrichtung 12). Vorzugsweise gilt: r3+r4 £ (R1 + R2) - d, vorzugsweise r3+r4 £ (Rl + R2-d)/l,2..
In Fig. 6 sind die Steuergrößen R1 + R2 bzw. r3+r4 nochmals gezeigt.
Diesbezüglich können noch weitere Steuergrößen, z.B. r5+r6 vorliegen, die beispielsweise durch Ellipsen(bögen) gebildet werden können, die (zumindest senkrecht zur Vorschubrichtung 12) noch kleiner sind als die Ellipsen(bögen) mit den kleinen Halbachsen r3 bzw. r4. Auch können in Fig. 4-6 die Halbkreise durch entsprechende Halbellipsen ersetzt werden, oder durch noch andere Formen (siehe Fig. 8-12). Die Ausführungsform gemäß den Fig. 4-6 ist gegenüber der Ausführungsform gemäß den Fig, 2 und 3 nochmals (zusätzlich) vorteilhaft. Dies wird anhand von Fig. 7 erläutert. Fig. 7 stellt (hochschematisch) die durch die Bestrahlung resultierende Verfestigungsbahn dar (bzw. einen Ausschnitt desselben). Diese Verfestigungsbahn lässt sich in eine erste Zone 16, eine zweite Zone 17 und eine dritte Zone 18 unterteilen. Versuche haben nun gezeigt, dass bei der
Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 die äußeren (bzw. die erste und dritte) Zonen 16, 18 vergleichsweise heißer werden als die mittlere (bzw. zweite) Zone 17), Diese inhomogene Temperaturverteilung in einer Richtung senkrecht zu der Vorschubrichtung kann ggf. zu Spannungen führen, die wiederum zu Fehlern im hergestellten Produkt führen können. Ein Risiko dafür wird durch die
Ausführungsform gemäß den Fig, 4-6 reduziert, da sich dadurch die
Temperaturverteilung senkrecht zu der Vorschubrichtung 12 zumindest teilweise homogenisieren lässt. Dadurch wird das Risiko für Spannungen und
entsprechende Fehler im Objekt geringer.
Gemäß den Fig. 8-12 sind weitere Ausführungsformen der Erfindung
(hochschematisch) dargestellt. Es ist jeweils ein Abschnitt der Betrahlungsbahn des auftreffenden Strahls dargestellt. In Fig. 8 umfasst diese Bestrahlungsbahn (analog den Fig. 2-6) einen kleineren und einen größeren Halbkreis, getrennt durch die Trennlinie T. In Fig. 9 umfasst die Bestrahlungsbahn eine kleinere und eine größere Rechteckform, getrennt durch die Trennlinie T. In Fig. 10 umfasst die Bestrahlungsbahn eine größere und eine kleinere Dreiecksform, getrennt durch die Trennlinie T. In Fig, 11 umfasst die Bestrahlungsbahn eine größere (in Bezug auf die Vorschubrichtung 12) und eine kleinere Halbellipse, getrennt durch die Trennlinie T In Fig. 12 umfasst die Bestrahlungsbahn einen größeren und einen kleineren Ovalbogen, getrennt durch die Trennlinie T, wobei sich auch hier die Größe auf die Ausdehnung senkrecht zur Vorschubrichtung 12 bezieht.
Die jeweilige (vollständige) Bestrahlungsbahn (beispielsweise über eine Zeile bzw. Spalte) kann ausschließlich aus den jeweils in den einzelnen Figuren dargestellten Formen aufgebaut sein oder (wie beispielsweise in der Ausführungsform gemäß den Fig. 4-6) aus mehreren dieser Formen aufgebaut sein (beispielsweise aus Halbkreisen und Halbellipsen gemäß Fig. 8 und 11, oder Halbellipsen und
Halbovalen gemäß Fig. 11 und 12, oder Halbellipsen grundsätzlich gemäß Fig. 11, jedoch mit noch weiteren, abweichenden, Ellipsengrößen etc.). Ausführungsbeispiel:
Verwendet wurde ein EOS-M270-3D-Drucker (Baujahr 2018) der EOS GmbH. Zum Einsatz kam ein Edelstahlpulver 316L der EOS GmbH. Für die Belichtung wurde eine Laserleistung von 370 W verwendet mit einem Fokus d86=80mm und einer von dem Laser erzeugten Breite des thermischen Wirkbereiches 13 des
auftreffenden Strahls von (ca.) 200mm. Die erzeugte Schichtdicke betrug 20mm.
Als Radus RI wurden 500mm, als Radius R2 wurden 400mm eingestellt. Ein Überlapp zwischen benachbarten Verfestigungsbahnen betrug 75 mm. Die
Geschwindigkeit der Laserbahn betrug zwischen 1700 mm/s und 2700 mm/s. Bei den Proben wurde eine Materialdichte von 99,9% erreicht.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den
Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Nachfolgend wird die Erfindung in Form von Aspekten dargestellt, die jeweils als eigenständige Lösungen der erfindungsgemäßen Aufgabe zu betrachten sind und als erfindungsgemäß beansprucht werden.
Aspekt 1 : Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das Aufbaumaterial
auftreffenden, einer Vorschubrichtung (12) folgenden, Strahl (15), wobei eine Bestrahlungsbahn (10) des auftreffenden Strahls (15) während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub-Mittenlinie M abweicht, wobei mindestens eine zu M parallele oder M entsprechende Linie (L, M, T) von der Bestrahlungsbahn (10) an drei Punkten P,1 P2 und P3 sukzessive überquert wird, so dass gilt:
P2 liegt in Vorschubrichtung weiter vorne als P1 und P3 liegt zwischen P1 und P2, in einer Entfernung P1 zu P1 und einer Entfernung p2 zu P2, wobei: p2/P1 ³ 2,0; vorzugsweise p2/P1 ³ 3,5.
Aspekt 2: Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile, vorzugsweise nach Aspekt 1, durch schichtweises Aufbringen eines
Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das Aufbaumaterial auftreffenden, einer Vorschubrichtung (12) folgenden, Strahl (15), wobei eine Bestrahlungsbahn (10) des auftreffenden Strahls (15) während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub-Mittenlinie M abweicht, wobei eine Abweichung von M mindestens zwei zumindest lokale Maxima s1 und s2 durchläuft, wobei betragsmäßig gilt:
Figure imgf000031_0001
Aspekt 3: Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 oder 2, wobei die Bestrahlungsbahn (10) so verläuft, dass eine Trennlinie definiert ist, wobei die Bestrahlungsbahn erste und zweite Bestrahlungsbahnabschnitte umfasst, die durch die Trennlinie T voneinander getrennt sind, wobei Umkehrpunkte der Bestrahlungsbahn vorzugsweise auf der Trennlinie liegen und/oder wobei eine Form der zweiten Bestrahlungsbahnabschnitte vorzugsweise einer Form der ersten Bestrahlungsbahnabschnitte entspricht, jedoch die zweiten
Bestrahlungsbahnabschnitte kleiner sind als die ersten
Bestrahlungsbahnabschnitte, wobei die Trennlinie T vorzugsweise parallel in einem Abstand zu M verläuft, insbesondere derart, dass mindestens ein Maximum RI auf der einen Seite von T größer ist als mindestens ein Maximum R2 auf der anderen Seite von T.
Aspekt 4: Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 3, wobei die Bestrahlungsbahn (10) abschnittsweise einen Kreisbogen, insbesondere einen Halbkreis, ausbildet und/oder wobei die Bestrahlungsbahn (10) abschnittsweise einen Ellipsenbogen, insbesondere eine Halbellipse, ausbildet. Aspekt 5: Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 4, wobei die Bestrahlungsbahn (10) abschnittsweise gerade ist, insbesondere eine
Dreiecksform ausbildet.
Aspekt 6: Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 5, wobei ein Abstand zwischen einem ersten Schnittpunkt der Bestrahlungsbahn (10) mit M und einem jeweils übernächsten Schnittpunkt mit M konstant bleibt.
Aspekt: 7 Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 6, wobei ein Abstand zwischen einem ersten Umkehrpunkt (A) der Bestrahlungsbahn, bei dem eine Komponente der Richtung der Bestrahlungsbahn, die parallel zu der Vorschubrichtung verläuft, das Vorzeichen wechselt und einem jeweils nächsten solchen Umkehrpunkt (C), bei dem der Vorzeichenwechsel gleich ist, konstant bleibt.
Aspekt 8: Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 7, wobei zwischen P3 und P2 mindestens ein weiterer, vorzugsweise mindestens zwei weitere, weiter vorzugsweise mindestens drei weitere Punkte liegen, an denen die Bestrahlungsbahne die Linie P, insbesondere M, überquert.
Aspekt 9: Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte 2 bis 8, wobei zwischen s1 und s2 mindestens eine Richtungsänderung in Bezug auf die
Vorschubrichtung (12) erfolgt.
Aspekt 10: Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte 2 bis 9, wobei s1 und s2 auf derselben Seite von M oder auf verschiedenen Seiten von M liegen.
Aspekt 11 : Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte 2 bis 10, wobei eine Bestrahlungsbahn des Strahls unter anderem die Punkte A, B, C, D und E umfasst, die sukzessive abgefahren werden, wobei der Punkt E näher am Punkt A ist als der Punkt C, wobei die Punkte B und D auf verschiedenen Seiten von M liegen, wobei auf einem zwischen den Punkten A und C liegenden ersten Abschnitt der Bestrahlungsbahn (10) der Punkt B das Maximum s1 definiert und auf einem zwischen den Punkten C und E liegenden zweiten Abschnitt der Bestrahlungsbahn der Punkt D das Maximum s2 definiert,
Aspekt 12; Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte 2 bis 11, wobei die Abweichung von M mindestens ein drittes lokales Maximum s3 durchläuft, wobei betragsmäßig gilt;
Figure imgf000033_0002
und/oder
Figure imgf000033_0001
Aspekt 13: Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte 2 bis 12, wobei gilt: s2 £ 0,95 * s1, ggf, s2 £ 0,80 * s1, und/oder s2 ³ 0,5 * s1, vorzugsweise s2 ³ 0,7 * s1.
Aspekt 14: Bestrahlungseinheit, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 13, für eine Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials mittels mindestens einer Beschichtungseinheit und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das Aufbaumaterial auftreffenden, einer Vorschubrichtung (12) folgenden, Strahl, wobei eine Steuereinheit vorgesehen und konfiguriert ist, eine Bestrahlungsbahn (10) des auftreffenden Strahls (15) so zu steuern, dass die Bestrahlungsbahn des auftreffenden Strahls (15) während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub-Mittenlinie M abweicht, wobei mindestens eine zu M parallele oder M entsprechende Linie P von der Bestrahlungsbahn (10) an drei Punkten P,1 P2, und P3 sukzessive überquert wird, so dass gilt:
P2 liegt in Vorschubrichtung (12) weiter vorne als P1 und
P3 liegt zwischen P1 und P2, in einer EntfernungP1 zu P1 und einer Entfernung p2 zu P2, wobei : p2/P1 ³ 2,0, vorzugsweise p2/ P1 ³ 3,5.
Aspekt 15: Bestrahlungseinheit, vorzugsweise nach Aspekt 14, für eine
Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials mittels mindestens einer
Beschichtungseinheit und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das Aufbaumaterial auftreffenden, einer Vorschubrichtung folgenden, Strahl (15), wobei eine Steuereinheit vorgesehen und konfiguriert ist, eine Bestrahlungsbahn (10) des auftreffenden Strahls (15) so zu steuern, dass die Bestrahlungsbahn (10) des auftreffenden Strahls (15) während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub-Mittenlinie M abweicht, wobei eine Abweichung von M mindestens zwei zumindest lokale Maxima s1 und s2 durchläuft, wobei betragsmäßig gilt; .
Figure imgf000034_0001
Aspekt 16: Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler
Bauteile, konfiguriert zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Aspekte 1 bis 13 und/oder umfassend eine Bestrahlungseinheit nach einem der Aspekte 14 oder 15 sowie mindestens eine Beschichtungseinheit.
Figure imgf000034_0002
Figure imgf000035_0001

Claims

Ansprüche
1,. Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch
schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das
Aufbaumaterial auftreffenden, einer Vorschubrichtung (12) folgenden,
Strahl (15),
wobei eine Bestrahlungsbahn (10) des auftreffenden Strahls (15) während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub-Mittenlinie M abweicht, wobei mindestens eine zu M parallele oder M entsprechende Linie (L, M, T) von der Bestrahlungsbahn (10) an drei Punkten P,1 P2 und P3 sukzessive überquert wird, so dass gilt:
- P2 liegt in Vorschubrichtung weiter vorne als P1 und
- P3 liegt zwischen P1 und P2, in einer EntfernungP1 zu P1 und einer Entfernung p2 zu P2, wobei: p2/P1 ³ 3,0; vorzugsweise p2/P1 ³ 3,5 wobei zumindest ein Maximum einer Abweichung von M in einem Abschnitt der Bestrahlungsbahn zwischen Pl und P2 ein punktförmiges Maximum ist und/oder zumindest ein solches Maximum ein linienförmiges Maximum mit einer Länge I ist, für die gilt: I £ 0,30 * (P1 + p2), vorzugsweise I £ 0,20 * (P1+p2).
2. Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile, insbesondere nach Anspruch 1, durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das Aufbaumaterial auftreffenden, einer Vorschubrichtung (12) folgenden, Strahl (15),
wobei eine Bestrahlungsbahn (10) des auftreffenden Strahls (15) während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub-Mittenlinie M abweicht, wobei eine Abweichung von M mindestens zwei zumindest lokale Maxima s1 und s2 durchläuft, wobei betragsmäßig gilt:
Figure imgf000037_0001
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Bestrahlungsbahn (10) so verläuft, dass eine Trennlinie definiert ist, wobei die Bestrahlungsbahn erste und zweite Bestrahlungsbahnabschnitte umfasst, die durch die Trennlinie T voneinander getrennt sind, wobei Umkehrpunkte der Bestrahlungsbahn vorzugsweise auf der Trennlinie liegen und/oder wobei eine Form der zweiten Bestrahlungsbahnabschnitte vorzugsweise einer Form der ersten Bestrahlungsbahnabschnitte entspricht, jedoch die zweiten
Bestrahlungsbahnabschnitte kleiner sind als die ersten
Bestrahlungsbahnabschnitte, wobei die Trennlinie T vorzugsweise parallel in einem Abstand zu M verläuft, insbesondere derart, dass mindestens ein Maximum RI auf der einen Seite von T größer ist als mindestens ein
Maximum R2 auf der anderen Seite von T.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Bestrahlungsbahn (10) abschnittsweise einen Kreisbogen, insbesondere einen Halbkreis, ausbildet
und/oder wobei die Bestrahlungsbahn (10) abschnittsweise einen
Ellipsenbogen, insbesondere eine Halbellipse, ausbildet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Bestrahlungsbahn (10) abschnittsweise gerade ist, insbesondere eine
Dreiecksform ausbildet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen einem ersten Schnittpunkt der Bestrahlungsbahn (10) mit M und einem jeweils übernächsten Schnittpunkt mit M konstant bleibt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen einem ersten Umkehrpunkt (A) der Bestrahlungsbahn, bei dem eine Komponente der Richtung der Bestrahlungsbahn, die parallel zu der
Vorschubrichtung verläuft, das Vorzeichen wechselt und einem jeweils nächsten solchen Umkehrpunkt (C), bei dem der Vorzeichenwechsel gleich ist, konstant bleibt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen
P3 und P2 mindestens ein weiterer, vorzugsweise mindestens zwei weitere, weiter vorzugsweise mindestens drei weitere Punkte liegen, an denen die Bestrahlungsbahne die Linie P, insbesondere M, überquert.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, wobei zwischen s1 und s2 mindestens eine Richtungsänderung in Bezug auf die
Vorschubrichtung (12) erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, wobei s1 und s2 auf derselben Seite von M oder auf verschiedenen Seiten von M liegen.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 10, wobei eine Bestrahlungsbahn des Strahls unter anderem die Punkte A, B, C, D und E umfasst, die sukzessive abgefahren werden,
wobei der Punkt E näher am Punkt A ist als der Punkt C,
wobei die Punkte B und D auf verschiedenen Seiten von M liegen,
wobei auf einem zwischen den Punkten A und C liegenden ersten Abschnitt der Bestrahlungsbahn (10) der Punkt B das Maximum s1 definiert und auf einem zwischen den Punkten C und E liegenden zweiten Abschnitt der
Bestrahlungsbahn der Punkt D das Maximum s2 definiert.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 11, wobei die
Abweichung von M mindestens ein drittes lokales Maximum s3 durchläuft, wobei betragsmäßig gilt:
Figure imgf000038_0002
und/oder
Figure imgf000038_0001
.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 12, wobei gilt: s2 £ 0,95 * s1, ggf. s2 £ 0,80 * s1, und/oder s2 ³ 0,5 * s1,
vorzugsweise s2 ³ 0,7 * s1.
14. Bestrahlungseinheit, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für eine Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises
Aufbringen eines Aufbaumaterials mittels mindestens einer
Beschichtungseinheit und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das Aufbaumaterial auftreffenden, einer
Vorschubrichtung (12) folgenden, Strahl, wobei eine Steuereinheit vorgesehen und konfiguriert ist, eine Bestrahlungsbahn (10) des
auftreffenden Strahls (15) so zu steuern, dass die Bestrahlungsbahn des auftreffenden Strahls (15) während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub-Mittenlinie M abweicht, wobei mindestens eine zu M parallele oder M entsprechende Linie P von der Bestrahlungsbahn (10) an drei Punkten P,1 P2, und P3 sukzessive überquert wird, so dass gilt:
- P2 liegt in Vorschubrichtung (12) weiter vorne als P1 und
- P3 liegt zwischen P1 und P2, in einer EntfernungP1 zu P1 und einer
Entfernung p2 zu P2, wobei: p2/P1 ³ 3,5,
wobei zumindest ein Maximum einer Abweichung von M in einem Abschnitt der Bestrahlungsbahn zwischen Pl und P2 ein punktförmiges Maximum ist und/oder zumindest ein solches Maximum ein linienförmiges Maximum mit einer Länge I ist, für die gilt: I £ 0,30 * (P1+p2), vorzugsweise I £ 0,20 * (P1 +p2).
15. Bestrahlungseinheit, insbesondere nach Anspruch 14, für eine
Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials mittels mindestens einer Beschichtungseinheit und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch mindestens einen auf das Aufbaumaterial auftreffenden, einer
Vorschubrichtung folgenden, Strahl (15), wobei eine Steuereinheit
vorgesehen und konfiguriert ist, eine Bestrahlungsbahn (10) des
auftreffenden Strahls (15) so zu steuern, dass die Bestrahlungsbahn (10) des auftreffenden Strahls (15) während des Vorschubs von einer, insbesondere geraden, Vorschub-Mittenlinie M abweicht, wobei eine Abweichung von M mindestens zwei zumindest lokale Maxima s1 und s2 durchläuft, wobei betragsmäßig gilt:
Figure imgf000039_0001
16,. Herstellvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile, konfiguriert zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
13 und/oder umfassend eine Bestrahlungseinheit nach einem der Ansprüche
14 oder 15 sowie mindestens eine Beschichtungseinheit,
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