WO2023078762A1 - Verfahren, planungsvorrichtung und computerprogrammprodukt zum planen einer lokal selektiven bestrahlung eines arbeitsbereichs mit einem energiestrahl, sowie verfahren, fertigungsvorrichtung und computerprogrammprodukt zum additiven fertigen von bauteilen aus einem pulvermaterial - Google Patents

Verfahren, planungsvorrichtung und computerprogrammprodukt zum planen einer lokal selektiven bestrahlung eines arbeitsbereichs mit einem energiestrahl, sowie verfahren, fertigungsvorrichtung und computerprogrammprodukt zum additiven fertigen von bauteilen aus einem pulvermaterial Download PDF

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    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting

Definitions

  • the invention relates to a method, a planning device and a computer program product for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam, and a method, a manufacturing device and a computer program product for the additive manufacturing of components from a powder material.
  • a locally selective irradiation of a work area with a plurality of energy beams can be planned in order to use the plurality of energy beams to chronologically treat a component from a plurality of layers in a layer sequence to produce successively arranged powder material layers of a powder material in the working area.
  • a reduced average energy input over time is understood in particular to mean that less energy is introduced in the first overhang area on average over time, ie in particular averaged over time, than in the first core area.
  • each powder material layer of the plurality of powder material layers determines whether at least one cross-sectional area of the component to be produced has an overhanging area in the respective powder material layer, and if this is the case, the respective powder material layer is defined either as the first powder material layer or as the second powder material layer .
  • the irradiation plan is provided by a method according to the invention for planning a locally selective irradiation of the work area or a method for planning according to one or more of those described above Embodiments is carried out.
  • the method for manufacturing the component thus also includes the method for planning the irradiation—in particular in the form of preceding steps.
  • the planning device is designed as a device that is selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board.
  • the planning device is an RTC5 or RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the configuration currently available on the date determining the seniority of the present property right.
  • the planning device can be provided externally or separately from a production device, with the planning device preferably creating a data record which is then stored in a suitable manner, for example by means of a data carrier or via a network, in particular via the Internet, or via another suitable wireless or wired form of transmission, is transmitted to a manufacturing device, in particular a control device of a manufacturing device.
  • a manufacturing device in particular a control device of a manufacturing device.
  • the planning device it is possible for the planning device to generate CAM data from CAD data, ie in particular a command sequence, in particular an NC program, for controlling the production device, with this command sequence then being transmitted to the production device for its control.
  • CAD data of a component to be transferred to the planning device, with the planning device generating the command sequence for the production device from this.
  • the planning device can also be integrated into a manufacturing device.
  • the planning device can be integrated into the control device of the production device, or the control device of the production device can be designed as a planning device be, in particular by providing a suitable hardware component and/or by implementing a suitable computer program product, in particular software.
  • CAD data of a component can be produced to be transferred to the production device, with the production device itself, in particular the planning device implemented in the control device, generating corresponding CAM data or a command sequence for controlling the production device from the CAD data.
  • the planning device it is also possible for the planning device to comprise a plurality of computing devices, in which case it is in particular designed to be physically distributed.
  • control device 17 has the planning device 7 embodied in particular as a further computing device 10 which is set up accordingly for carrying out the planning method.
  • control device 17 itself to be in the form of the planning device 7 .
  • planning method it is also possible for the planning method to be carried out on a planning device 7 provided separately from the production device 1 .
  • FIG. 3 shows a further schematic representation of the first exemplary embodiment of the planning method.
  • the layer sequence for the component 3 to be produced is defined with a plurality of first powder material layers 19.1 and a plurality of second powder material layers 19.2.
  • first powder material layers 19.1 a plurality of first powder material layers 19.1 and second powder material layers 19.2.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of a method for planning a locally selective irradiation of the work area 15 with the energy beam.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit einem Energiestrahl (11), um mittels des Energiestrahls (11) ein Bauteil (3) schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten (19) eines Pulvermaterials (5) herzustellen, wobei ˗ mindestens eine erste Pulvermaterialschicht (19.1) aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten (19) festgelegt wird, für die mindestens ein erster mittels des Energiestrahls (11) in der Pulvermaterialschicht (19) zu verfestigender Querschnittsbereich (33.1) des herzustellenden Bauteils (3) festgelegt wird, wobei der mindestens eine erste Querschnittsbereich (33.1) in einen ersten Überhangbereich (35.1) und einen ersten Kernbereich (37.1) unterteilt wird, wobei ˗ mindestens eine zweite Pulvermaterialschicht (19.2) aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten (19) festgelegt wird, für die mindestens ein zweiter mittels des Energiestrahls (11) zu verfestigender Querschnittsbereich (33.2) des herzustellenden Bauteils (3) festgelegt wird, der mit dem ersten Querschnittsbereich (33.1) zumindest bereichsweise überlappt, wobei der mindestens eine zweite Querschnittsbereich (33.2) in einen zweiten Überhangbereich (35.2) und einen zweiten Kernbereich (37.2) unterteilt wird, wobei ˗ für den ersten Querschnittsbereich (33.1) eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl (11) in dem ersten Überhangbereich (35.1) mit einem im Vergleich zu dem ersten Kernbereich (37.1) verringerten mittleren zeitlichen Energieeintrag festgelegt wird, wobei ˗ für den zweiten Querschnittsbereich (33.2) eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl (11) nur für den zweiten Kernbereich (37.2) festgelegt wird, wobei festgelegt wird, dass der zweite Überhangbereich (35.2) nicht bestrahlt wird, und wobei ˗ ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs (15) mit dem Energiestrahl (11) erhalten wird.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren, Planungsvorrichtung und Computerprogrammprodukt zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, sowie Verfahren, Fertigungsvorrichtung und Computerprogrammprodukt zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Planungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, sowie ein Verfahren, eine Fertigungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial.
Aus DE 10 2017 126 624 Al ist ein Verfahren zum computer-implementierten Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen, bekannt, bei dem erste Pulvermaterialschichten aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten festgelegt werden, für die jeweils mindestens ein erster mittels des Energiestrahls in der Pulvermaterialschicht zu verfestigender Querschnittsbereich des herzustellenden Bauteils festgelegt wird, wobei der mindestens eine erste Querschnittsbereich in einen ersten Überhangbereich und einen ersten Kernbereich unterteilt wird. Es werden außerdem zweite Pulvermaterialschichten aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten festgelegt, für die jeweils mindestens ein zweiter mittels des Energiestrahls zu verfestigender Querschnittsbereich des herzustellenden Bauteils festgelegt wird, der mit dem ersten Querschnittsbereich zumindest bereichsweise überlappt. Der mindestens eine zweite Querschnittsbereich wird in einen zweiten Überhangbereich und einen zweiten Kembereich unterteilt, wobei für den zweiten Querschnittsbereich eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl nur für den zweiten Kernbereich festgelegt wird, wobei festgelegt wird, dass der zweite Überhangbereich nicht bestrahlt wird. Auf diese Weise werden die Überhangbereiche in bestimmten Pulvermaterialschichten nicht bestrahlt, woraus sich bereits grundsätzlich eine verbesserte Baubarkeit von Überhängen ergibt. Allerdings stellt sich insbesondere bei flachen Überhangwinkeln, insbesondere kleiner als 45° zu dem Arbeitsbereich, heraus, dass auch bei dieser Vorgehensweise noch verbesserungswürdige Prozessergebnisse erhalten werden beziehungsweise Ausschuss produziert wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Planungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, sowie ein Verfahren, eine Fertigungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial zu schaffen, wobei die genannten Nachteile reduziert, vorzugsweise vermieden sind.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum insbesondere computerimplementierten Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem, das heißt mindestens einem, Energiestrahl, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen, geschaffen wird, wobei mindestens eine erste Pulvermaterialschicht aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten festgelegt wird, für die mindestens ein erster mittels des Energiestrahls in der Pulvermaterialschicht zu verfestigender Querschnittsbereich des herzustellenden Bauteils - insbesondere eine Mehrzahl von ersten Querschnittsbereichen - festgelegt wird, wobei der mindestens eine erste Querschnittsbereich in einen ersten Überhangbereich und einen ersten Kernbereich unterteilt wird, wobei mindestens eine zweite Pulvermaterialschicht aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten festgelegt wird, für die mindestens ein zweiter mittels des Energiestrahls zu verfestigender Querschnittsbereich des herzustellenden Bauteils - insbesondere eine Mehrzahl von zweiten Querschnittsbereichen - festgelegt wird, der mit dem ersten Querschnittsbereich zumindest bereichsweise überlappt, das heißt insbesondere in Richtung der Schichtfolge zumindest bereichsweise mit dem ersten Querschnittsbereich in Überdeckung ist, wobei der mindestens eine zweite Querschnittsbereich in einen zweiten Überhangbereich und einen zweiten Kembereich unterteilt wird, wobei für den ersten Querschnittsbereich eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl in dem ersten Überhangbereich mit einem im Vergleich zu dem ersten Kernbereich verringerten mittleren zeitlichen Energieeintrag festgelegt wird, wobei für den zweiten Querschnittsbereich eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl nur für den zweiten Kernbereich festgelegt wird, wobei festgelegt wird, dass der zweite Überhangbereich nicht bestrahlt wird, und wobei ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit dem Energiestrahl erhalten wird. Insbesondere indem - zusätzlich zu dem Auslassen der Bestrahlung für den zweiten Überhangbereich - für den ersten Querschnittsbereich die Bestrahlung mit dem Energiestrahl in dem ersten Überhangbereich mit im Vergleich zu dem ersten Kernbereich verringertem mittleren zeitlichen Energieeintrag festgelegt wird, ist es möglich, selbst sehr flache Überhangwinkel, insbesondere von weniger als 45° zu einer durch den Arbeitsbereich gegebenen Ebene, prozesssicher und mit guter Bauteilqualität aufzubauen. Insbesondere ist in dem ersten Überhangbereich eine Wärmeableitung aufgrund des zumindest bereichsweise darunter angeordneten nicht-verfestigten Pulvermaterials geringer als in dem ersten Kernbereich, sodass es in dem Überhangbereich leicht zu Überhitzungsphänomenen, insbesondere Spritzern, des Schmelzbads kommen kann, die sich nachteilig auf die Bauteilqualität auswirken können. Diese Überhitzungsphänomene können vorteilhaft durch eine Reduzierung des mittleren zeitlichen Energieeintrags gemildert, vorzugsweise vermieden werden.
Unter einem additiven oder generativen Fertigen oder Herstellen eines Bauteils wird insbesondere ein schichtweises Aufbauen eines Bauteils aus Pulvermaterial verstanden, insbesondere ein Pulverbett-basiertes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in einem Pulverbett, insbesondere ein Fertigungsverfahren, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintem, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), einem selektiven Elektronenstrahlschmelzen ((Selective) Electron Beam Melting - (S)EBM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die Fertigungsvorrichtung ist demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten additiven oder generativen Fertigungsverfahren.
Unter einem Energiestrahl wird allgemein gerichtete Strahlung verstanden, die Energie transportieren kann. Hierbei kann es sich allgemein um Teilchenstrahlung oder Wellenstrahlung handeln. Insbesondere propagiert der Energiestrahl entlang einer Propagationsrichtung durch den physikalischen Raum und transportiert dabei Energie entlang seiner Propagationsrichtung. Insbesondere ist es mittels des Energiestrahls möglich, Energie lokal in dem Arbeitsbereich zu deponieren. Der Energiestrahl ist in bevorzugter Ausgestaltung ein optischer Arbeitsstrahl. Unter einem optischen Arbeitsstrahl ist insbesondere gerichtete elektromagnetische Strahlung, kontinuierlich oder gepulst, zu verstehen, die im Hinblick auf ihre Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich geeignet ist zum additiven oder generativen Fertigen eines Bauteils aus Pulvermaterial, insbesondere zum Sintern oder Schmelzen des Pulvermaterials. Insbesondere wird unter einem optischen Arbeitsstrahl ein Laserstrahl verstanden, der kontinuierlich oder gepulst erzeugt sein kann. Der optische Arbeitsstrahl weist bevorzugt eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich im sichtbaren elektromagnetischen Spektrum oder im infraroten elektromagnetischen Spektrum, oder im Überlappungsbereich zwischen dem infraroten Bereich und dem sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums auf.
Unter einem Arbeitsbereich wird insbesondere ein Bereich, insbesondere eine Ebene oder Fläche, verstanden, in dem das Pulvermaterial angeordnet ist, und der lokal mit dem Energiestrahl bestrahlt wird, um das Pulvermaterial lokal zu verfestigen. Insbesondere wird das Pulvermaterial in dem Arbeitsbereich sequenziell schichtweise angeordnet und mit dem Energiestrahl lokal bestrahlt, um - Schicht für Schicht - ein Bauteil herzustellen.
Dass der Arbeitsbereich lokal mit dem Energiestrahl beaufschlagt wird, bedeutet insbesondere, dass nicht der gesamte Arbeitsbereich global - weder instantan noch sequenziell - mit dem Energiestrahl beaufschlagt wird, sondern dass der Arbeitsbereich vielmehr stellenweise, insbesondere an einzelnen, zusammenhängenden oder voneinander getrennten Stellen, mit dem Energiestrahl beaufschlagt wird, wobei der Energiestrahl insbesondere mittels der Scannervorrichtung innerhalb des Arbeitsbereichs verlagert wird. Dass der Arbeitsbereich selektiv mit dem Energiestrahl beaufschlagt wird, bedeutet insbesondere, dass der Arbeitsbereich an ausgewählten, vorbestimmten Stellen oder Orten oder in ausgewählten, vorbestimmten Bereichen mit dem Energiestrahl beaufschlagt wird. Der Arbeitsbereich ist insbesondere eine Pulvermaterialschicht oder ein vorzugsweise zusammenhängendes Gebiet einer Pulvermaterialschicht, welche/welches mithilfe der Scannervorrichtung durch den Energiestrahl erreichbar ist, das heißt er umfasst insbesondere solche Stellen, Orte oder Bereiche der Pulvermaterialschicht, die mit dem Energiestrahl beaufschlagt werden können.
Insbesondere kann im Rahmen des Verfahrens eine lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen geplant werden, um mittels der Mehrzahl von Energiestrahlen ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen.
Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird unter einem Überhangbereich insbesondere ein Bereich verstanden, der eine gedachte Konturlinie oder Grenzlinie des Bauteils aufweist, wobei sich in Richtung der Schichtfolge unterhalb des Überhangsbereichs zumindest bereichsweise, insbesondere im Bereich der Konturlinie oder an einem äußeren Rand des Querschnittsbereichs, nicht-verfestigtes Pulvermaterial befindet. Ein solcher Überhangbereich wird auch als Downskin- Bereich bezeichnet. Insbesondere ist ein Überhangbereich ein Randbereich eines Querschnittsbereichs. Es ist möglich, dass der Überhangbereich so festgelegt wird, dass er bereichsweise über verfestigtem Pulvermaterial angeordnet ist.
Insbesondere wird der erste Überhangbereich in einer Ausführungsform mit einer - insbesondere in der Ebene der ersten Pulvermaterialschicht von der gedachten Konturlinie aus, insbesondere lokal senkrecht zu der gedachten Konturlinie, gemessenen - konstanten Breite festgelegt. Insbesondere wird die Breite des ersten Überhangbereichs entlang der gesamten Erstreckung der gedachten Konturlinie konstant, das heißt überall identisch, festgelegt. Insbesondere wird die konstante Breite unabhängig von einer Anordnung des ersten Querschnittsbereichs über verfestigtem Pulvermaterial gewählt, das heißt insbesondere unabhängig davon, ob lokal unterhalb des mit der konstanten Breite definierten ersten Überhangsbereichs über dessen gesamte Breite nicht-verfestigtes Pulvermaterial angeordnet ist oder nicht. Insbesondere kann der erste Überhangbereich auf diese Weise sehr einfach festgelegt werden. Vorteilhaft können so außerdem Steuerungsparameter, insbesondere Bestrahlungsparameter, für den gesamten ersten Überhangbereich einheitlich gewählt werden, unabhängig davon, wie weit die Schicht lokal tatsächlich über die darunterliegende Schicht übersteht und auch unabhängig von dem Überhangwinkel, den eine Verbindungslinie zwischen einer Unterkante der überhängenden Schicht und einer Unterkante der darunterliegenden Schicht und die Horizontale zwischen sich einschließen. Der gesamte Überhangsbereich wird dabei mit denselben Steuerungsparametern gefertigt. Dies erleichtert die Modellierung der einzelnen Schichten und damit die Programmierung der Ansteuerung der Anlage erheblich. Mit Ausnahme des einheitlich definierten Überhangsbereichs können alle anderen Bereiche der Schicht mit den Steuerungsparametern für den Kembereich gefertigt werden.
In einer Ausführungsform beträgt die konstante Breite von 1 mm bis 5 mm, insbesondere von 2 mm bis 4 mm, insbesondere 3 mm. Alternativ oder zusätzlich wird - analog zu dem zuvor Erläuterten - der zweite Überhangbereich mit einer konstanten Breite festgelegt.
Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird unter einem Kernbereich insbesondere ein Bereich verstanden, der in Richtung der Schichtfolge zumindest überwiegend, insbesondere mit mehr als 90 % seiner Fläche, über befestigtem Pulvermaterial angeordnet ist. Ein solcher Kernbereich wird auch als Inskin-Bereich bezeichnet. Insbesondere umfasst der Kernbereich keine Konturlinie. Insbesondere ist der Kernbereich kein Randbereich des Querschnittsbereichs, sondern in dem Querschnittsbereich innenliegend angeordnet. Es ist möglich, dass der Kernbereich so festgelegt wird, dass er vollständig über verfestigtem Pulvermaterial angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass der Kembereich so festgelegt wird, dass er bereichsweise über nichtverfestigtem Pulvermaterial angeordnet ist, wobei er insbesondere in Richtung auf die Konturlinie hin um einen vorbestimmten Abstand über das verfestigte Pulvermaterial hinausragen kann.
Unter einem verringerten mittleren zeitlichen Energieeintrag wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass in dem ersten Überhangbereich im Zeitmittel, das heißt insbesondere gemittelt über die Zeit, weniger Energie eingebracht wird als in dem ersten Kernbereich.
Insbesondere werden der mindestens eine erste Querschnittsbereich und der mindestens eine zweite Querschnittsbereich einander zugeordnet. Insbesondere wird ein zweiter Querschnittsbereich einem ersten Querschnittsbereich dann zugeordnet, wenn der zweite Querschnittsbereich entlang der Schichtfolge dem ersten Querschnittsbereich zumindest bereichsweise benachbart, insbesondere darüber angeordnet ist. Insbesondere wird die zuvor beschriebene Festlegung der Bestrahlung für einander zugeordnete erste und zweite Querschnittsbereiche festgelegt, insbesondere nur für einander zugeordnete erste und zweite Bestrahlungsbereiche.
Insbesondere wird eine Mehrzahl von ersten Pulvermaterialschichten aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten festgelegt, für die jeweils mindestens ein erster mittels des Energiestrahls in der Pulvermaterialschicht zu verfestigender Querschnittsbereich des herzustellenden Bauteils festgelegt wird, wobei die jeweiligen ersten Querschnittsbereiche jeweils in einen ersten Überhangbereich und einen ersten Kembereich unterteilt werden. Insbesondere wird für die Mehrzahl von ersten Querschnittsbereichen jeweils eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl in dem jeweiligen ersten Überhangbereich mit einem im Vergleich zu dem jeweiligen ersten Kernbereich verringerten mittleren zeitlichen Energieeintrag festgelegt.
Insbesondere wird eine Mehrzahl von zweiten Pulvermaterialschichten aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten festgelegt, für die jeweils mindestens ein zweiter mittels des Energiestrahls zu verfestigender Querschnittsbereich des herzustellenden Bauteils festgelegt wird, der mit einem jeweils entlang der Schichtfolge benachbarten, insbesondere darunter angeordneten ersten Querschnittsbereich des mindestens einen ersten Querschnittsbereichs zumindest bereichsweise überlappt. Die jeweiligen zweiten Querschnittsbereiche werden jeweils in einen zweiten Überhangbereich und einen zweiten Kembereich unterteilt. Insbesondere wird für die Mehrzahl von zweiten Querschnittsbereichen jeweils eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl nur für den jeweiligen zweiten Kernbereich festgelegt wird, wobei festgelegt wird, dass der jeweilige zweite Überhangbereich nicht bestrahlt wird.
Insbesondere wird bevorzugt für jede Pulvermaterialschicht der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten ermittelt, ob mindestens ein Querschnittsbereich des herzustellenden Bauteils in der jeweiligen Pulvermaterialschicht einen Überhangbereich aufweist, wobei dann, wenn dies der Fall ist, die j eweilige Pulvermaterialschicht entweder als erste Pulvermaterialschicht oder als zweite Pulvermaterialschicht festgelegt wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsplan als ein Datensatz für eine Ansteuerung einer Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils aus dem Pulvermaterial erhalten wird. Unabhängig davon, ob das Verfahren auf einer separat zu einer Fertigungsvorrichtung angeordneten Planungsvorrichtung oder auf der Fertigungsvorrichtung selbst durchgeführt wird, wird der Bestrahlungsplan auf diese Weise in einfach handhabbarer, insbesondere maschinenlesbarer Form erhalten. Insbesondere ist es bevorzugt auch möglich, den als Datensatz erhaltenen Bestrahlungsplan zu exportieren und unabhängig von einer bestimmten Vorrichtung, beispielsweise verkörpert auf einem Datenträger oder virtuell über ein Netzwerk, zu transportieren, insbesondere zu übertragen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schichtfolge für das herzustellende Bauteil mit einer Mehrzahl von ersten Pulvermaterialschichten und einer Mehrzahl von zweiten Pulvermaterialschichten festgelegt wird. Gemäß einer Ausführungsform sind dabei die ersten Pulvermaterialschichten und die zweiten Pulvermaterialschichten alternierend angeordnet. Dies bedeutet insbesondere, dass entlang der Schichtfolge unmittelbar einander abwechselnd einzelnen erste und zweite Pulvermaterialschichten übereinander angeordnet sind.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ersten Pulvermaterialschichten und die zweiten Pulvermaterialschichten blockweise abwechselnd angeordnet sind. Dies bedeutet insbesondere, dass entlang der Schichtfolge Blöcke von ersten und zweiten Pulvermaterialschichten einander abwechselnd übereinander angeordnet sind, wobei jeder Block mindestens eine Pulvermaterialschicht, insbesondere eine Mehrzahl von Pulvermaterialschichten aufweist.
In einer Ausführungsform umfasst jeder Block der zweiten Pulvermaterialschichten eine Mehrzahl der zweiten Pulvermaterialschichten, während jeder Block der ersten Pulvermaterialschichten nur genau eine erste Pulvermaterialschicht aufweist.
Gemäß wieder einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ersten Pulvermaterialschichten und die zweiten Pulvermaterialschichten abschnittsweise alternierend und abschnittsweise blockweise abwechselnd entlang der Schichtfolge übereinander angeordnet sind. Dies stellt insbesondere eine abschnittsweise Kombination der zuvor dargestellten Ausführungsformen entlang der Schichtfolge dar.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für den mindestens einen ersten Querschnittsbereich die Bestrahlung mit dem Energiestrahl in dem ersten Überhangbereich mit einem im Vergleich zu dem ersten Kembereich erhöhten flächenbezogenen Energieeintrag festgelegt wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft insbesondere ein tieferes Schmelzbad erzielt, welches entlang der Schichtfolge eine größere Zahl von Pulvermaterialschichten umfasst. Dadurch werden zum einen wirksam auch zweite Überhangbereiche darunterliegender zweiter Pulvermaterialschichten mit verfestigt, sodass insgesamt ein stabiles, dichtes Bauteil erreicht wird; zum anderen ergibt sich eine Absenkung des Niveaus des aufgeschmolzenen und verfestigten Pulvermaterials im Bereich der momentan obersten Pulvermaterialschicht, das heißt in dem Arbeitsbereich. Dies wiederum hat vorteilhaft zur Folge, dass ein zur Beschichtung des Arbeitsbereichs mit dem Pulvermaterial vorgesehenes Beschichtungselement nicht an hochstehenden Pulverkömem hängenbleibt, woraus ansonsten eine Beschädigung des Beschichtungselements oder ein Prozessabbruch resultieren könnte. Insgesamt kann so die Baubarkeit selbst sehr flacher Überhänge, insbesondere mit Überhangwinkeln kleiner als 45° zu dem Arbeitsbereich, zusätzlich erhöht werden, wobei bessere und reproduzierbarere Prozessergebnisse erzielt werden.
Unter einem erhöhten flächenbezogenen Energieeintrag wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass in dem ersten Überhangbereich pro Einheitsfläche zeitlich kumuliert, das heißt insbesondere zeitlich integriert, mehr Energie eingebracht wird als in dem ersten Kembereich. Insbesondere steht somit ein erhöhter flächenbezogener Energieeintrag nicht im Widerspruch zu einem verringerten mittleren zeitlichen Energieeintrag; beispielsweise kann durch eine zeitlich längere Bestrahlung bei geringerer Strahlungsleistung flächenbezogen eine erhöhte Energie bei zugleich verringertem mittleren zeitlichen Energieeintrag eingebracht werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Erzielung des verringerten mittleren zeitlichen Energieeintrags zumindest eine Verringerungsmaßnahme festgelegt wird, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Reduzieren einer Leistung des Energiestrahls, Erhöhen einer Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls, Definieren kürzerer Bestrahlungsvektoren, Reduzieren einer Vektordichte von Bestrahlungsvektoren, und Festlegen, insbesondere Erhöhen, von Wartezeiten für die Bestrahlung, das heißt zwischen einzelnen Bestrahlungsvektoren. Diese Maßnahmen sind jeweils für sich genommen, aber auch in Kombination miteinander, geeignet, den mittleren zeitlichen Energieeintrag zu reduzieren. Insbesondere wird bevorzugt eine erhöhte Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls kombiniert mit - insbesondere erhöhten - vorbestimmten Wartezeiten für die Bestrahlung.
Unter einer Wartezeit für die Bestrahlung wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Wartezeit verstanden, die zwischen der Bestrahlung von Bestrahlungsvektoren, insbesondere lokal an einer Stelle des Arbeitsbereichs zwischen benachbarten, insbesondere unmittelbar benachbarten, Bestrahlungsvektoren vorgesehen wird, insbesondere um eine Überhitzung des Pulvermaterials zu vermeiden. Dabei ist keineswegs ausgeschlossen, dass während der Wartezeit - gegebenenfalls mittels desselben Energiestrahls - mindestens ein Bestrahlungsvektor an einer anderen, thermisch gering gekoppelten oder entkoppelten Stelle des Arbeitsbereichs bestrahlt wird, um insgesamt die Prozesszeit zu reduzieren.
Unter einem Bestrahlungsvektor wird insbesondere eine kontinuierliche, vorzugsweise lineare Verlagerung des Energiestrahls über eine bestimmte Strecke mit bestimmter Verlagerungsrichtung verstanden. Der Bestrahlungsvektor schließt insbesondere die Richtung oder Orientierung der Verlagerung ein. Die Definition kürzerer - und damit zugleich einer größeren Anzahl von - Bestrahlungsvektoren führt dabei automatisch zu einer höheren Anzahl von Wartezeiten zwischen den einzelnen Bestrahlungsvektoren. Eine Erhöhung der Anzahl von Wartezeiten oder auch ein Erhöhen, das heißt Verlängern der Wartezeiten selbst, führt ohne weiteres zu einer Absenkung des mittleren zeitlichen Energieeintrags. Entsprechend führt auch eine Erhöhung der Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls insbesondere in Kombination mit vorbestimmten Wartezeiten zu einem reduzierten Anteil der Bestrahlungszeit im Verhältnis zur
Gesamtprozesszeit, die sich als Summe der Bestrahlungszeit für die einzelnen
Bestrahlungsvektoren und der Wartezeiten ergibt, sodass im Ergebnis auch der mittlere zeitliche Energieeintrag reduziert ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Erzielung des erhöhten flächenbezogenen Energieeintrags zumindest eine Erhöhungsmaßnahme festgelegt wird, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Erhöhen einer Leistung des Energiestrahls, Verringern eines Durchmessers des Energiestrahls auf dem Arbeitsbereich, Verringern einer Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls, Erhöhen einer Vektordichte von Bestrahlungsvektoren, und Erhöhen einer Anzahl von - repetitiven - Verlagerungen des Energiestrahls entlang eines selben oder benachbarten Bestrahlungspfads. Diese Maßnahmen sind jeweils für sich genommen, aber auch in Kombination miteinander, geeignet, den flächenbezogenen Energieeintrag zu erhöhen. Durch eine mehrfache Verlagerung des Energiestrahls entlang eines selben Bestrahlungspfads oder auch entlang benachbarter Bestrahlungspfade, insbesondere sich kreuzend orientierter Bestrahlungspfade, kann vorteilhaft ein mehrfaches Aufschmelzen des Pulvermaterials durchgeführt werden, was auch als Remelting bezeichnet wird.
Insbesondere wird zumindest eine Erhöhungsmaßnahme, ausgewählt aus der zuvor genannten Gruppe der Erhöhungsmaßnahmen, in Kombination mit mindestens einer Verringerungsmaßnahme, ausgewählt aus der zuvor genannten Gruppe der Verringerungsmaßnahmen, festgelegt, um zugleich den mittleren zeitlichen Energieeintrag zu verringern und den flächenbezogenen Energieeintrag zu erhöhen. Insbesondere wird in einer Ausführungsform die mindestens eine Erhöhungsmaßnahme, ausgewählt aus der zuvor genannten Gruppe von Erhöhungsmaßnahmen, mit mindestens einer Verringerungsmaßnahme kombiniert, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Definieren kürzerer Bestrahlungsvektoren und einem Festlegen, insbesondere Erhöhen, von Wartezeiten für die Bestrahlung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für den mindestens einen ersten Überhangbereich eine Verlagerung des Energiestrahls entlang einer Konturlinie festgelegt wird. Unter einer Konturlinie wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine - gedachte - Grenzlinie zwischen dem für einen Querschnittsbereich zu verfestigenden Pulvermaterial und dem nicht-zu verfestigenden Pulvermaterial, das heißt insbesondere eine spätere Bauteilgrenze oder Bauteilkontur in der Pulvermaterialschicht, verstanden. Mittels einer Verlagerung des Energie Strahls entlang der Konturlinie, was insbesondere auch als Konturfahrt bezeichnet wird, wird eine besonders gute Oberflächenqualität für das Bauteil erreicht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für den mindestens einen ersten Überhangbereich festgelegt wird, dass keine Verlagerung des Energiestrahls entlang einer Konturlinie erfolgt. Bei der hier beschriebenen Vorgehensweise ist es vorteilhaft auch möglich, auf eine Verlagerung entlang der Konturlinie, insbesondere eine Konturfahrt, zu verzichten und trotzdem eine hohe Oberflächenqualität für das herzustellende Bauteil zu erzielen. Insbesondere kann stattdessen eine für den Kembereich und gegebenenfalls auch für den Überhangbereich in der Fläche vorgesehene Bestrahlung in Form eines vorbestimmten Musters, beispielsweise in Form von Streifen oder Schachbrettfeldern, bis zu der Konturlinie fortgesetzt werden.
Insbesondere wird bevorzugt in Abhängigkeit von einem Überhangwinkel des Überhangsbereichs die Verlagerung des Energiestrahls entlang der Konturlinie - auch als Konturfahrt bezeichnet - vorgesehen oder auf die Konturfahrt verzichtet. Insbesondere wird bevorzugt auf die Verlagerung des Energiestrahls entlang der Konturlinie verzichtet, wenn der Überhangwinkel einen vorbestimmten Winkelgrenzwert unterschreitet. Insbesondere ist eine Konturfahrt bis zu dem vorbestimmten Winkelgrenzwert vorteilhaft, um die Oberflächenqualität des entstehenden Bauteils zu erhöhen. Unterhalb des vorbestimmten Winkelgrenzwerts ist es demgegenüber vorteilhaft, die Konturfahrt wegzulassen, wobei dies dann in diesem Regime die Oberflächenqualität erhöht und insbesondere überhaupt erst sicherstellt, dass der Überhangbereich noch ohne Stützbereiche hergestellt werden kann. Somit kann insbesondere durch Weglassen der Konturfahrt ein stützfreier Prozess auch noch in einem sehr flachen Überhangwinkelbereich sichergestellt werden. Der Wert des vorbestimmten Winkelgrenzwerts ist stark abhängig von dem verwendeten Pulvermaterial, der Bauteilgeometrie, der Schichtstärke der Pulvermaterialschichten, und gegebenenfalls weiteren Parametern. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, in dem Kembereich, insbesondere in dem ersten Kernbereich und in dem zweiten Kembereich, Bestrahlungsvektoren, die an den Überhangbereich angrenzen, insbesondere - vorzugsweise ausschließlich - an ihrer an den Überhangbereich angrenzenden Seite mit einer Wartezeit zu versehen. Dies trägt vorteilhaft zu einem niedrigen mittleren zeitlichen Energieeintrag in dem Überhangbereich bei. Insbesondere werden die an den Überhangbereich angrenzenden Bestrahlungsvektoren des Kembereichs an ihren nicht an den Überhangbereich angrenzenden Seiten nicht mit Wartezeiten versehen. Insbesondere werden zugleich Bestrahlungsvektoren in dem Kembereich, die nicht an den Überhangbereich angrenzen, nicht mit Wartezeiten versehen. Dies gewährleistet insgesamt eine hohe Produktivität mit in Summe geringen Wartezeiten.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines mithilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs oder mithilfe eines Verfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem, das heißt mindestens einem, Energiestrahl, um das Bauteil mittels des Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials herzustellen, und Fertigen des Bauteils gemäß dem Bestrahlungsplan, insbesondere mittels der im Folgenden beschriebenen, erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung oder einer Fertigungsvorrichtung nach einer oder mehreren der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit dem Verfahren zum additiven Fertigen ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Planen der lokal selektiven Bestrahlung beschrieben wurden.
Im Rahmen des Verfahrens kann das Bauteil auch mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen gefertigt werden, indem der Arbeitsbereich mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen lokal selektiv bestrahlt wird. Auf diese Weise kann die Fertigung des Bauteils vorteilhaft beschleunigt werden, insbesondere indem verschiedene Querschnittsbereiche des Bauteils innerhalb einer Pulvermaterialschicht simultan verfestigt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsplan bereitgestellt wird, indem ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs oder ein Verfahren zum Planen nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird. Somit umfasst das Verfahren zum Fertigen des Bauteils zugleich auch - insbesondere in Form vorgelagerter Schritte - das Verfahren zum Planen der Bestrahlung.
Als Energiestrahl wird vorzugsweise ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl verwendet.
Vorzugsweise wird das Bauteil mittels selektiven Lasersinterns und/oder selektiven Laserschmelzens gefertigt.
Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Computerprogrammprodukt geschaffen wird, umfassend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs oder ein Verfahren zum Planen nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf einer Rechenvorrichtung durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Rechenvorrichtung läuft. In Zusammenhang mit dem Computerprogrammprodukt ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Planen und dem Verfahren zum additiven Fertigen beschrieben wurden.
Zur Erfindung gehört auch ein erster Datenträger, umfassend ein solches erstes Computerprogrammprodukt.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Computerprogrammprodukt geschaffen wird, umfassend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Verfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial oder ein Verfahren zum additiven Fertigen nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf einer Rechenvorrichtung durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Rechenvorrichtung läuft. In Zusammenhang mit dem Computerprogrammprodukt ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Planen und dem Verfahren zum additiven Fertigen beschrieben wurden.
Zur Erfindung gehört auch ein zweiter Datenträger, umfassend ein solches zweites Computerprogrammprodukt. Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Planungsvorrichtung zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem, das heißt mindestens einem, Energiestrahl, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil aus einem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen, geschaffen wird, wobei die Planungsvorrichtung eingerichtet ist, um ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit dem Energiestrahl oder ein Verfahren zum Planen nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. In Zusammenhang mit der Planungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Planen und dem Verfahren zum additiven Fertigen beschrieben wurden.
Insbesondere kann die Planungsvorrichtung eingerichtet sein, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen zu planen.
In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung ausgebildet als eine Vorrichtung, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung eine RTC5- oder RTC6- Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.
Insbesondere kann die Planungsvorrichtung extern oder separat zu einer Fertigungsvorrichtung vorgesehen sein, wobei durch die Planungsvorrichtung vorzugsweise ein Datensatz erstellt wird, der dann in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines Datenträgers oder über ein Netzwerk, insbesondere über das Internet, oder über eine andere geeignete drahtlose oder kabelgebundene Übermittlungsform, an eine Fertigungsvorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung einer Fertigungsvorrichtung, übermittelt wird. Beispielsweise ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung aus CAD-Daten CAM-Daten, das heißt insbesondere einen Befehlsablauf, insbesondere ein NC-Programm, zur Steuerung der Fertigungsvorrichtung generiert, wobei dieser Befehlsablauf dann an die Fertigungsvorrichtung zu deren Steuerung übermittelt wird. Auch ist es möglich, dass der Planungsvorrichtung CAD-Daten eines Bauteils übergeben werden, wobei die Planungsvorrichtung hieraus den Befehlsablauf für die Fertigungsvorrichtung generiert. Die Planungsvorrichtung kann aber auch in eine Fertigungsvorrichtung integriert sein. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung in die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung integriert sein, oder die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung kann als Planungsvorrichtung ausgebildet sein, insbesondere durch Vorsehen einer geeigneten Hardwarekomponente und/oder durch Implementieren eines geeigneten Computerprogrammprodukts, insbesondere einer Software. Beispielsweise ist es möglich, dass der Fertigungsvorrichtung dann CAD-Daten eines herzustellenden Bauteils übergeben werden, wobei die Fertigungsvorrichtung selbst, insbesondere die in die Steuervorrichtung implementierte Planungsvorrichtung, aus den CAD-Daten entsprechende CAM-Daten beziehungsweise einen Befehlsablauf zur Steuerung der Fertigungsvorrichtung generiert. Es ist aber auch möglich, dass die Planungsvorrichtung eine Mehrzahl von Rechenvorrichtungen umfasst, wobei sie insbesondere physisch verteilt ausgebildet ist. Bevorzugt umfasst die Planungsvorrichtung dann eine Mehrzahl miteinander vernetzter Rechenvorrichtungen. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung als Datenwolke oder sogenannte Cloud ausgebildet sein, oder die Planungsvorrichtung ist Teil einer Datenwolke oder Cloud. Es ist in bevorzugter Ausgestaltung auch möglich, dass die Planungsvorrichtung einerseits mindestens eine zu der Fertigungsvorrichtung externe Rechenvorrichtung und andererseits die Fertigungsvorrichtung, insbesondere die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung, umfasst, wobei dann durch die Planungsvorrichtung durchgeführte Schritte teilweise auf der externen Rechenvorrichtung und teilweise auf der Fertigungsvorrichtung, insbesondere auf der Steuervorrichtung, durchgeführt werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Planungsvorrichtung nicht die vollständige Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, sondern nur Teile hiervon; insbesondere ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung nur denjenigen Teil der Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, der sich auf die zuvor beschriebenen Schritte und/oder Festlegungen bezieht. Andere Teile der Planung der lokal selektiven Bestrahlung können dagegen in anderen Rechenvorrichtungen, insbesondere in zu der Fertigungsvorrichtung externen Rechenvorrichtung, oder auch in der Fertigungsvorrichtung selbst, insbesondere deren Steuervorrichtung, oder aber auch in einer Datenwolke oder Cloud, durchgeführt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung von einer anderen Rechenvorrichtung erzeugte CAM-Daten oder einen Befehlsablauf, insbesondere ein NC-Programm, verändert, anpasst oder korrigiert.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, die eine Strahlerzeugungsvorrichtung aufweist, die eingerichtet ist zum Erzeugen eines, das heißt mindestens eines, Energiestrahls. Außerdem weist die Fertigungsvorrichtung eine Scannervorrichtung auf, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich lokal selektiv mit dem Energiestrahl zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Außerdem weist die Fertigungsvorrichtung eine Steuervorrichtung auf, die mit der Scannervorrichtung, optional auch mit der Strahlerzeugungsvorrichtung, wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung, und gegebenenfalls die Strahlerzeugungsvorrichtung, anzusteuern. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum additiven Fertigen von Bauteilen oder eines Verfahrens zum additiven Fertigen von Bauteilen nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit der Planungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Planen und dem Verfahren zum additiven Fertigen beschrieben wurden.
Bei einer Ausführungsform ist die Strahlerzeugungsvorrichtung eingerichtet, um eine Mehrzahl von Energiestrahlen zu erzeugen, und/oder die Fertigungsvorrichtung weist eine Mehrzahl von Strahlerzeugungsvorrichtungen zur Erzeugung einer Mehrzahl von Energiestrahlen auf. Es ist möglich, dass für die Mehrzahl von Energiestrahlen eine Mehrzahl von Scannervorrichtungen vorgesehen sind. Es ist aber auch möglich, dass die Scannervorrichtung eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von Energiestrahlen - insbesondere unabhängig voneinander - auf dem Arbeitsbereich zu verlagern. Insbesondere kann die Scannervorrichtung hierfür eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Scannern, insbesondere Scannerspiegeln, aufweisen.
Die Scannervorrichtung weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer- Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf. Die hier vorgeschlagenen Scannervorrichtungen sind in besonderer Weise geeignet, den Energiestrahl innerhalb des Arbeitsbereichs zwischen einer Mehrzahl von Bestrahlungspositionen zu verlagern.
Unter einem relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf wird hier insbesondere ein integriertes Bauteil der Fertigungsvorrichtung verstanden, welches mindestens einen Strahlungsauslass für mindestens einen Energiestrahl aufweist, wobei das integrierte Bauteil, das heißt der Arbeitskopf, als Ganzes entlang zumindest einer Verlagerungsrichtung, vorzugsweise entlang zweier senkrecht aufeinander stehenden Verlagerungsrichtungen, relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbar ist. Ein solcher Arbeitskopf kann insbesondere in Portalbauweise ausgebildet sein oder von einem Roboter geführt werden. Insbesondere kann der Arbeitskopf als Roboterhand eines Roboters ausgebildet sein. Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung eine RTC5- oder RTC6- Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.
Bevorzugt ist die Strahlerzeugungsvorrichtung als Laser ausgebildet. Der Energiestrahl wird somit vorteilhaft als intensiver Strahl kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt. Bestrahlung bedeutet insoweit bevorzugt Belichtung.
Die Fertigungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintern. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungsvorrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen. Diese Ausgestaltungen der Fertigungsvorrichtung haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial mit einem Ausführungsbeispiel einer Planungsvorrichtung;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl;
Figur 3 eine weitere schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, und
Figur 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung 1 zum additiven Fertigen eines Bauteils 3 aus einem Pulvermaterial 5 mit einem Ausführungsbeispiel einer Planungsvorrichtung 7. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist eine vorzugsweise als Laser ausgebildete Strahl erzeugungsvorrichtung 9 auf, die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls 11, insbesondere eines Laserstrahls, sowie außerdem eine Scannervorrichtung 13, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich 15 lokal selektiv mit dem Energiestrahl 11 zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls 11 das Bauteil 3 aus dem in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterial 5 herzustellen. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist weiterhin eine insbesondere als eine Rechenvorrichtung 8 ausgebildete Steuervorrichtung 17 auf, die mit der Scannervorrichtung 13 und bevorzugt auch mit der Strahlerzeugungsvorrichtung 9 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung 13 und gegebenenfalls die Strahl erzeugungsvorrichtung 9 anzusteuern. Dabei ist die Steuervorrichtung 17 eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden näher beschriebenen Verfahrens zum Planen der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11, kurz auch als Planungsverfahren bezeichnet.
Insbesondere weist die Steuervorrichtung 17 hierzu die insbesondere als eine weitere Rechenvorrichtung 10 ausgebildete Planungsvorrichtung 7 auf, die entsprechend zur Durchführung des Planungsverfahrens eingerichtet ist. Alternativ ist es möglich, dass die Steuervorrichtung 17 selbst als die Planungsvorrichtung 7 ausgebildet ist. Es ist aber in einer hier nicht dargestellten Ausgestaltung auch möglich, dass das Planungsverfahren auf einer separat zu der Fertigungsvorrichtung 1 vorgesehenen Planungsvorrichtung 7 ausgeführt wird.
Die Fertigungsvorrichtung 1 ist insbesondere eingerichtet, um das Bauteil 3 schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterialschichten 19 aufzubauen. Hierzu ist der Arbeitsbereich 15, insbesondere in Form eines Pulverbetts, auf einer Bauplattform 21 angeordnet, die im Zuge der Bereitstellung der zeitlich aufeinanderfolgenden Pulvermaterialschichten 19 in dem Arbeitsbereich 15 schrittweise entgegen einer Hochrichtung Z abgesenkt wird. Das jeweils eine nächste Pulvermaterialschicht 19 bildende Pulvermaterial 5 wird mittels eines insbesondere als Wischer oder Schieber ausgebildeten Beschichtungselements 23 aus dem Bereich eines Vorratszylinders 25 in den Arbeitsbereich 15 gefördert und dort durch das Beschichtungselement 23 geglättet, sodass die jeweils aktuelle Pulvermaterialschicht 19 bereitgestellt wird. In dem Vorratszylinder 25 ist eine Plattform 27 angeordnet, die - insoweit korrespondierend zu dem Absenken der Bauplattform 21 - schrittweise, wie durch einen Pfeil 29 schematisch dargestellt, in der Hochrichtung Z angehoben wird, um das Pulvermaterial 5 aus dem Vorratszylinder 25 heraus auf das Niveau des Arbeitsbereichs 15 zu fördern. Überschüssiges Pulvermaterial 5 wird bevorzugt durch das Beschichtungselement 23 in einen Aufnahmebehälter 31 gefördert. Indem sukzessive auf diese Weise Pulvermaterialschicht 19 für Pulvermaterialschicht 19 Pulvermaterial 5 mittels des Energiestrahls 11 in dem Arbeitsbereich 15 lokal selektiv verfestigt wird, wird das Bauteil 3 Schicht für Schicht, das heißt schichtweise, aufgebaut. Die Schichtfolge der Pulvermaterialschichten 19 erstreckt sich dabei entlang der Hochrichtung Z.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Fertigen des Bauteils 3 aus dem Pulvermaterial 5 wird ein mithilfe des im Folgenden beschriebenen Planungsverfahrens erhaltener Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11 bereitgestellt, und das Bauteil 3 wird gemäß dem bereitgestellten Bestrahlungsplan gefertigt. Der Bestrahlungsplan wird dabei bevorzugt bereitgestellt, indem - insbesondere durch die Planungsvorrichtung 7 - das Planungsverfahren durchgeführt wird.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Insbesondere ist in Figur 2 der Arbeitsbereich 15 in Draufsicht, das heißt entlang der Hochrichtung Z gemäß Figur 1 von oben gesehen, mit einer Pulvermaterialschicht 19 dargestellt. In der Pulvermaterialschicht 19 ist ein mittels des Energiestrahls 11 zu verfestigender Querschnittsbereich 33 des herzustellenden Bauteils 3 dargestellt. Im Rahmen des Planungsverfahrens wird dieser Querschnittsbereich 33 unterteilt in einen Überhangbereich 35 und einen Kernbereich 37. Der Überhangbereich 35 umfasst dabei insbesondere eine Konturlinie 39 des Bauteils 3, das heißt er ist ein Randbereich. Der Kernbereich 37 umfasst demgegenüber keine Konturlinie und ist innenliegend angeordnet, insbesondere ist er kein Randbereich.
Fig. 3 zeigt eine weitere schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels des Planungsverfahrens.
Im Rahmen des Planungsverfahrens wird mindestens eine erste Pulvermaterialschicht 19.1 aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten 19 festgelegt wird, für die mindestens ein erster mittels des Energiestrahls 11 in der ersten Pulvermaterialschicht 19.1 zu verfestigender Querschnittsbereich 33.1 des herzustellenden Bauteils 3 festgelegt wird. Der mindestens eine erste Querschnittsbereich 33.1 wird in einen ersten Überhangbereich 35.1 und einen ersten Kembereich 37.1 unterteilt. Mindestens eine zweite Pulvermaterialschicht 19.2 aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten 19 wird festgelegt, für die mindestens ein zweiter mittels des Energiestrahls 11 zu verfestigender Querschnittsbereich 33.2 des herzustellenden Bauteils 3 festgelegt wird, der mit dem ersten Querschnittsbereich 33.1 zumindest bereichsweise überlappt, das heißt insbesondere in Richtung der Schichtfolge zumindest bereichsweise in Überdeckung ist. Der mindestens eine zweite Querschnittsbereich 33.2 wird in einen zweiten Überhangbereich 35.2 und einen zweiten Kernbereich 37.2 unterteilt. Für den ersten Querschnittsbereich 33.1 wird eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl 11 in dem ersten Überhangbereich 35.1 mit einem im Vergleich zu dem ersten Kernbereich 37.1 verringerten mittleren zeitlichen Energieeintrag festgelegt. Für den zweiten Querschnittsbereich 33.2 wird eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl 11 nur für den zweiten Kernbereich 37.2 festgelegt, wobei festgelegt wird, dass der zweite Überhangbereich 35.2 nicht bestrahlt wird. Insgesamt wird so der Bestrahlungsplan, insbesondere als Datensatz für die Ansteuerung der Fertigungsvorrichtung 1, für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11 erhalten.
Bevorzugt wird der erste Überhangbereich 35.1 mit einer - insbesondere in der Ebene der ersten Pulvermaterialschicht 19.1 von der Konturlinie 39 aus, insbesondere lokal senkrecht zu der Konturlinie 39, gemessenen - konstanten Breite festgelegt. Insbesondere wird die Breite des ersten Überhangbereichs 35.1 entlang der gesamten Erstreckung der Konturlinie 39 konstant, das heißt überall identisch, festgelegt. Insbesondere wird die konstante Breite unabhängig von einer Anordnung des ersten Querschnittsbereichs 35.1 über verfestigtem Pulvermaterial gewählt, das heißt insbesondere unabhängig davon, ob lokal unterhalb des mit der konstanten Breite definierten ersten Überhangsbereichs 35.1 über dessen gesamte Breite nicht-verfestigtes Pulvermaterial angeordnet ist oder nicht.
Alternativ oder zusätzlich wird - analog zu dem zuvor Erläuterten - der zweite Überhangbereich
35.2 mit einer konstanten Breite festgelegt.
Insbesondere wird die Schichtfolge für das herzustellende Bauteil 3 mit einer Mehrzahl von ersten Pulvermaterialschichten 19.1 und einer Mehrzahl von zweiten Pulvermaterialschichten 19.2 festgelegt. Bei dem hier dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind die ersten
Pulvermaterialschichten 19.1 und die zweiten Pulvermaterialschichten 19.2 alternierend angeordnet. Insbesondere wird für jede Pulvermaterialschicht 19 ermittelt, ob diese einen Querschnittsbereich 33 mit einem Überhangbereich 35 aufweist. Nur dann, wenn eine Pulvermaterialschicht 19 einen Überhangbereich 35 aufweist, wird für diese Pulvermaterialschicht 19 festgelegt, ob sie als erste Pulvermaterialschicht 19.1 oder als zweite Pulvermaterialschicht 19.2 behandelt wird. Entsprechend sind in Figur 3 in einem unteren Bereich Pulvermaterialschichten 19 dargestellt, die keinen Überhangbereich 35 aufweisen, und die entsprechend weder als erste Pulvermaterialschicht 19.1 noch als zweite Pulvermaterialschicht 19.2 klassifiziert sind.
Wegen der einfacheren und übersichtlicheren Darstellung sind hier nur ausgewählte Querschnittsbereiche 33, Überhangbereiche 35 und Kembereiche 37 mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen. Im Übrigen ist in Figur 3 noch ein Überhangwinkel a eingezeichnet.
Vorzugsweise wird für den ersten Querschnittsbereich 33.1 die Bestrahlung mit dem Energiestrahl 11 in dem ersten Überhangbereich 35.1 mit einem im Vergleich zu dem ersten Kernbereich 37.1 erhöhten flächenbezogenen Energieeintrag festgelegt.
Vorzugsweise wird zur Erzielung des verringerten mittleren zeitlichen Energieeintrags zumindest eine Verringerungsmaßnahme festgelegt, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Reduzieren einer Leistung des Energiestrahls 11, Erhöhen einer Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls 11, Definieren kürzerer Bestrahlungsvektoren, Reduzieren einer Vektordichte von Bestrahlungsvektoren, und Festlegen von Wartezeiten für die Bestrahlung, das heißt zwischen einzelnen Bestrahlungsvektoren.
Vorzugsweise wird zur Erzielung des erhöhten flächenbezogenen Energieeintrags zumindest eine Erhöhungsmaßnahme festgelegt, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Erhöhen einer Leistung des Energiestrahls 11, Verringern eines Durchmessers des Energiestrahls 11 auf dem Arbeitsbereich 15, Verringern einer Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls 11, Erhöhen einer Vektordichte von Bestrahlungsvektoren, und Erhöhen einer Anzahl von Verlagerungen des Energie Strahls 11 entlang eines selben Bestrahlungspfads oder entlang benachbarter, insbesondere sich kreuzend orientierter, Bestrahlungspfade.
Vorzugsweise wird für den mindestens einen ersten Überhangbereich 35.1 eine Verlagerung des Energiestrahls 11 entlang der Konturlinien 39, insbesondere in Form einer sogenannten Konturfahrt, festgelegt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass keine Verlagerung des Energiestrahls 11 entlang der Konturlinie 39 erfolgt. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl.
Dabei sind hier die ersten Pulvermaterialschichten 19.1 und die zweiten Pulvermaterialschichten 19.2 blockweise abwechselnd angeordnet. Dabei umfasst jeder erste Block Bl der ersten Pulvermaterialschichten 19.1 nur genau eine erste Pulvermaterialschicht 19.1, während jeder zweite Block B2 der zweiten Pulvermaterialschichten 19.2 eine Mehrzahl der zweiten Pulvermaterialschichten 19.2, insbesondere jeweils drei zweite Pulvermaterialschichten 19.2, aufweist. Es sind aber bei anderen Ausführungsbeispiel des Verfahrens auch andere Anzahlen von Pulvermaterialschichten 19 pro Block möglich.
Wegen der einfacheren und übersichtlicheren Darstellung sind hier nur ausgewählte Pulvermaterialschichten 19 mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Weiter ist bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Verfahrens möglich, dass die ersten Pulvermaterialschichten 19.1 und die zweiten Pulvermaterialschichten 19.2 abschnittsweise alternierend und abschnittsweise blockweise abwechselnd entlang der Schichtfolge übereinander angeordnet sind. Dies entspricht einer Kombination der Ausgestaltung gemäß Figur 3 mit der Ausgestaltung gemäß Figur 4.
In jedem Fall wird aber vorzugsweise die Bestrahlung mit dem Energiestrahl 11 für die ersten Überhangbereiche 35.1 der ersten Pulvermaterialschichten 19.1 derart festgelegt, dass sich hinreichend tiefe Schmelzbäder ausbilden, sodass sich das aufgeschmolzene Pulvermaterial 5 einer solchen ersten Pulvermaterialschicht 19.1 mit dem verfestigten Pulvermaterial 5 der entlang der Schichtfolge darunterliegenden, nächsten ersten Pulvermaterialschicht 19.1 verbindet, wodurch Lücken in der Kontur des entstehenden Bauteils 3 vermieden werden.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit einem Energiestrahl (11), um mittels des Energiestrahls (11) ein Bauteil (3) schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten (19) eines Pulvermaterials (5) herzustellen, wobei
- mindestens eine erste Pulvermaterialschicht (19.1) aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten (19) festgelegt wird, für die mindestens ein erster mittels des Energiestrahls (11) in der Pulvermaterialschicht (19) zu verfestigender Querschnittsbereich (33.1) des herzustellenden Bauteils (3) festgelegt wird, wobei der mindestens eine erste Querschnittsbereich (33.1) in einen ersten Überhangbereich (35.1) und einen ersten Kernbereich (37.1) unterteilt wird, wobei
- mindestens eine zweite Pulvermaterialschicht (19.2) aus der Mehrzahl von Pulvermaterialschichten (19) festgelegt wird, für die mindestens ein zweiter mittels des Energiestrahls (11) zu verfestigender Querschnittsbereich (33.2) des herzustellenden Bauteils (3) festgelegt wird, der mit dem ersten Querschnittsbereich (33.1) zumindest bereichsweise überlappt, wobei der mindestens eine zweite Querschnittsbereich (33.2) in einen zweiten Überhangbereich (35.2) und einen zweiten Kembereich (37.2) unterteilt wird, wobei
- für den ersten Querschnittsbereich (33.1) eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl (11) in dem ersten Überhangbereich (35.1) mit einem im Vergleich zu dem ersten Kembereich (37.1) verringerten mittleren zeitlichen Energieeintrag festgelegt wird, wobei
- für den zweiten Querschnittsbereich (33.2) eine Bestrahlung mit dem Energiestrahl (11) nur für den zweiten Kernbereich (37.2) festgelegt wird, wobei festgelegt wird, dass der zweite Überhangbereich (35.2) nicht bestrahlt wird, und wobei ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs (15) mit dem Energiestrahl (11) erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bestrahlungsplan als ein Datensatz für eine Ansteuerung einer Fertigungsvorrichtung (1) zum additiven Fertigen eines Bauteils (3) aus dem Pulvermaterial (5) erhalten wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtfolge für das herzustellende Bauteil (3) mit einer Mehrzahl von ersten Pulvermaterialschichten (19.1) und einer Mehrzahl von zweiten Pulvermaterialschichten (19.2) festgelegt wird, wobei die ersten Pulvermaterialschichten (19.1) und die zweiten Pulvermaterialschichten (19.2) alternierend, blockweise abwechselnd, oder abschnittsweise alternierend und abschnittsweise blockweise abwechselnd entlang der Schichtfolge übereinander angeordnet sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für den mindestens einen ersten Querschnittsbereich (33.1) die Bestrahlung mit dem Energiestrahl (11) in dem ersten Überhangbereich (35.1) mit einem im Vergleich zu dem ersten Kernbereich (37.1) erhöhten flächenbezogenen Energieeintrag festgelegt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Erzielung des verringerten mittleren zeitlichen Energieeintrags zumindest eine Verringerungsmaßnahme festgelegt wird, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Reduzieren einer Leistung des Energiestrahls (11), Erhöhen einer Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls (11), Definieren kürzerer Bestrahlungsvektoren, Reduzieren einer Vektordichte von Bestrahlungsvektoren, und Festlegen von Wartezeiten für die Bestrahlung.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Erzielung des erhöhten flächenbezogenen Energieeintrags zumindest eine Erhöhungsmaßnahme festgelegt wird, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Erhöhen einer Leistung des Energiestrahls (11), Verringern eines Durchmessers des Energiestrahls (11) auf dem Arbeitsbereich (15), Verringern einer Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls (11), Erhöhen einer Vektordichte von Bestrahlungsvektoren, und Erhöhen einer Anzahl von Verlagerungen des Energiestrahls (11) entlang eines selben oder benachbarten, insbesondere sich kreuzend orientierten, Bestrahlungspfads.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für den mindestens einen ersten Überhangbereich (35.1) eine Verlagerung des Energiestrahls (11) entlang einer Konturlinie (39) festgelegt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei für den mindestens einen ersten Überhangbereich (35.1) festgelegt wird, dass keine Verlagerung des Energiestrahls (11) entlang einer Konturlinie (39) erfolgt.
9. Verfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils (3) aus einem Pulvermaterial, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines mithilfe eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit einem Energiestrahl (11), um das Bauteil (3) mittels des Energiestrahls (11) schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten (19) des Pulvermaterials (5) herzustellen, und Fertigen des Bauteils (3) gemäß dem Bestrahlungsplan.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Bestrahlungsplan bereitgestellt wird, indem ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird.
11. Computerprogrammprodukt, umfassend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auf einer Rechenvorrichtung (10) durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Rechenvorrichtung (10) läuft.
12. Computerprogrammprodukt, umfassend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10 auf einer Rechenvorrichtung (8) durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Rechenvorrichtung (8) läuft.
13. Planungsvorrichtung (7) zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit einem Energiestrahl (11), um mittels des Energiestrahls (11) ein Bauteil (3) aus einem in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterial (5) herzustellen, wobei die Planungsvorrichtung (7) eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
14. Fertigungsvorrichtung (1) zum additiven Fertigen von Bauteilen (3) aus einem Pulvermaterial, mit
- einer Strahlerzeugungsvorrichtung (9), die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls (11),
- einer Scannervorrichtung (13), die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich (15) lokal selektiv mit dem Energiestrahl (11) zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls (11) ein Bauteil (3) aus dem in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterial (5) herzustellen, und mit
- einer Steuervorrichtung (17), die mit der Scannervorrichtung (13) wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung (13) anzusteuern, wobei
- die Steuervorrichtung (17) eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 oder 10.
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