WO2023131719A1 - Belichtungsstrategie an scanfeldgrenzen - Google Patents

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WO2023131719A1
WO2023131719A1 PCT/EP2023/050446 EP2023050446W WO2023131719A1 WO 2023131719 A1 WO2023131719 A1 WO 2023131719A1 EP 2023050446 W EP2023050446 W EP 2023050446W WO 2023131719 A1 WO2023131719 A1 WO 2023131719A1
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boundary
construction
trajectories
points
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PCT/EP2023/050446
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Stefan Grünberger
Stephan Tenbrink
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Eos Gmbh Electro Optical Systems
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    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling an energy input device of an additive manufacturing device, a correspondingly adapted additive manufacturing method, a corresponding device for controlling an energy input device of an additive manufacturing device, a correspondingly adapted additive manufacturing device and an object produced by the correspondingly adapted additive manufacturing method.
  • Additive manufacturing devices and associated methods are generally characterized by the fact that objects are manufactured layer by layer by solidification of a shapeless building material.
  • the solidification can be brought about, for example, by supplying thermal energy to the construction material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation (e.g. laser sintering (SLS) or laser melting (SLM) or electron beam melting.
  • electromagnetic radiation or particle radiation e.g. laser sintering (SLS) or laser melting (SLM) or electron beam melting.
  • the production time can be reduced if several beams, e.g. B. laser beams, are used at the same time.
  • WO 2016/110440 A1 describes a corresponding device in which different laser beams or scanners are assigned to different regions of a layer.
  • a construction field is often divided into several sections, with each of the scanners or laser beams being assigned one of the sections so that this scanner can scan the construction material in this section in order to solidify it.
  • the inventors have found that in the boundary area of the action zones of different laser beams, ie where the sections assigned to the laser beams adjoin one another, the melting behavior or solidification behavior of the building material is slightly different than in other areas.
  • the inventors were able to determine that slight inhomogeneities in the component properties occur at the boundary line, for example deteriorated mechanical properties.
  • the inventors were also able to observe that inhomogeneities can also occur when using only one laser beam, namely when two layer regions to be solidified, which adjoin one another in the building plane, are exposed at a time interval from one another.
  • the object is achieved by a computer-aided method for generating a control data set for an energy input device according to claim 1, a method for controlling an energy input device of an additive manufacturing device according to claim 15 and a device for controlling an energy input device of an additive manufacturing device according to claim 32 described in the dependent claims.
  • a computer-assisted method for generating a control data set for an energy input device of an additive manufacturing device for producing a three-dimensional object by means of the same, the additive manufacturing device being set up to produce the object by applying a construction material layer by layer and solidifying the construction material in a construction field by means of the energy input device Supplying radiant energy to solidification sites in each layer associated with the cross-section of the object in that layer, the energy input device having a number of beam emitters above the build area, from which a number of beams are directed onto the build area, has the following Steps on: a first step (S1) of accessing computer-based model data of an object cross section of the object to be produced, a second step (S2) of generating a data model of a region of a building material layer to be solidified in order to produce the object cross section, with scanning of locations of the area to be solidified is specified by moving a beam of rays along a plurality of trajectories in the construction field, wherein in the data model the area of
  • Additive manufacturing apparatus and methods to which the present invention relates are those in which energy is selectively applied to a layer of amorphous build material in the form of electromagnetic radiation or particle radiation.
  • the working level (also referred to as the construction level) is a level in which the top of the layer to which the energy is supplied lies.
  • the energy input device can have a laser, for example.
  • the radiation supplied to the building material heats it up and thereby causes a sintering or melting process.
  • the present invention relates to laser sintering and laser melting devices and the associated methods.
  • an energy input device can have, for example, one or more gas or solid-state lasers or any other type of laser such as laser diodes, in particular VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) or VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser).
  • the diode lasers can also be arranged in a row or in matrix form.
  • a plastic-containing construction material for example a polymer-based construction material, i.e. a construction material with a polymer content of 55% by volume or more, in particular a polymer powder, is of particular advantage.
  • beam is used instead of “beam” to express that the diameter of the beam does not necessarily have to be very small, especially if the radiation strikes the building material at an angle or if radiation is used that should deliberately cover a larger surface area when it hits the construction material.
  • a beam emitter can be, for example, a scanner with one or more galvanometer mirrors for deflecting a laser beam. Under certain circumstances, several different beams can be assigned to one and the same beam emitter or scanner, which, for example, are alternately directed by this beam emitter onto the building level, although normally one beam emitter is assigned exactly one beam to be directed onto the building level. It should be noted at this point that in the present application the term "number" is always to be understood in the sense of "one or more".
  • the energy input device is controlled based on the generated data model of an object cross section in such a way that the points to be solidified that correspond to the object cross section are provided by the energy input device with the required solidification the energy required for the construction material is supplied.
  • the chronological order in which the points are to be solidified i.e. scan lines or trajectories in the construction plane along which the beam is to be moved, is specified and the number of beam emitters for moving the beam bundles assigned to them is controlled accordingly. It should be mentioned that different beam bundles can be used in different partial areas or one and the same beam bundle can be used in these or even in all partial areas.
  • a trajectory of a ray specified in a data model specifies a track of a ray in the building plane when directing the ray onto the building material.
  • a beam bundle trajectory specified when the energy input device is activated corresponds to a hardening path in the building plane, along which the building material is to be hardened by shifting the molten pool in a direction essentially parallel to the building plane.
  • the beam bundle supplies the preferably powdery or pasty building material at a solidification point with so much energy that the building material melts at this point as a result of a melting temperature being exceeded, so that when it cools down it is no longer amorphous, but rather a solid body.
  • Solidification paths are areas in which, when the beam bundle scans the building material, solidification is actually effected and not just preheating of the still shapeless material or postheating of material that has already been melted.
  • the construction material can be preheated to a working temperature just below a melting point of the construction material before a beam of rays is directed onto the construction material for (partial) melting of the same .
  • the solidification path is present geometrically as a curved line of a certain width.
  • the invention is preferably directed to straight solidification paths and trajectories, at least within the scope of the apparatus conditions.
  • this application refers to an orientation of a trajectory in the construction plane, then this means the direction in which the trajectory overlapping straight runs. A distinction is made between this and a scanning direction of a trajectory, which defines the direction in which the beam is moved along the straight line.
  • a trajectory can be a so-called “hatch line” when scanning an interior area of an object cross section or an above-mentioned edge line (also referred to as a contour line).
  • the computer-based model data which is accessed in the first step, contains a geometric description (of a cross section) of the object, i.e. in particular a three-dimensional CAD model, although there are also other possibilities for geometric description, e.g. a description using a parameter set and a design rule.
  • a geometric description of a cross section of the object
  • the model data describes the geometric shape of at least one cross section of an object to be produced, to which a layer of the construction material, preferably exactly one layer, is assigned.
  • a data model can also be created that relates to a plurality of object cross sections, i.e. for at least one, preferably a plurality, particularly preferably all of these Object cross-sections an inventive scanning of locations of the object cross-section specified with a number of beams.
  • the prerequisite for this is that the corresponding computer-based model data of these object cross-sections is accessed in the first step.
  • data models can also be generated that relate to a plurality of object cross sections relate which different build material layers are associated. If necessary, a data model of the entire object can also be generated.
  • the method according to the invention for generating a control data set can counteract a distortion or shrinkage that occurs at the boundary between the first and second partial area to be solidified.
  • Points to be hardened at the boundary in the first partial area to be hardened can preferably be scanned with a previously determined material and/or process-specific maximum time interval to points to be hardened at the boundary in the second partial area to be hardened.
  • points to be solidified in the first sub-area to be solidified can be scanned with a maximum time interval to points to be solidified in the second sub-area to be solidified, which is less than or equal to 200 ms, preferably less than or equal to 100 ms, even more preferably less than or equal to 50 ms more preferably less than or equal to 20ms, even more preferably less than or equal to 10ms.
  • the trajectories can preferably run essentially parallel to one another in the first and in the second partial area to be consolidated.
  • the trajectories in the first and in the second partial area to be consolidated can run at an angle to the boundary.
  • the angle differs from 0° and can in particular be 90°.
  • the trajectories can run essentially parallel to the boundary in the first and in the second partial area to be consolidated.
  • the trajectories in the two sub-areas to be consolidated can be arranged mirror-symmetrical to the boundary, with the scanning directions of trajectories in the two sub-regions to be consolidated, which are mirror-symmetrical to the boundary, also being mirror-symmetrical.
  • pairs of points, preferably all pairs of points, on both sides of the border, the distance between which is less than 1000 times, more preferably less than 500 times, even more preferably less than 100 times, even more preferably less than 50 times, even more preferably less than 10 times, even more preferably less than 5 times, even more preferably less than 3 times the beam width of the beam bundle in the first sub-area to be solidified can be solidified in a time-coordinated manner.
  • the beam width can be viewed here as the expansion of a beam on the construction field perpendicular to the direction of movement of the beam.
  • the method can preferably be used for object cross-sections that have a downward-pointing surface area of the object during production, preferably additionally when solidifying the two object cross-sections directly above such object cross-sections, even more preferably additionally when solidifying four object cross-sections directly above an object cross-section with surface area facing down during manufacture.
  • Scanning of the locations of the area of the building material layer to be consolidated is preferably specified sub-region by sub-region, it being specified that after scanning the locations of the first sub-area to be consolidated at the border, preferably after scanning all locations of the first sub-area to be consolidated, with the Sampling of the second sub-area to be consolidated, preferably with the sampling of the points of the second sub-area to be solidified at the border, is only started after the end of an interruption period At, where if the interruption period At exceeds an allowable interruption time period tmax, the sampling of the locations of the area to be hardened is specified such that a distance D' between the trajectory closest to the boundary in the first sub-area to be hardened and the trajectory closest to the boundary in the second sub-area to be hardened is smaller than an average distance D between the trajectories in the first partial area to be hardened and/or between the trajectories in the second partial area to be hardened; and/or all points in the first sub-area to be hardened whose distance
  • the interruption period is preferably measured as the period of time between the end of the scanning of points at the boundary in the first partial area to be consolidated and the start of the scanning of points in the second partial area to be consolidated, more preferably of points at the border in the second partial area to be consolidated, lies.
  • the points in the first and second partial area to be solidified can also be scanned with one and the same beam bundle in the procedure.
  • the allowable interruption period tmax is a period of time within which a cooling (temperature reduction) of the sampled locations in the first partial area to be solidified takes place, but the amount of the temperature reduction is considered harmless to the homogeneity of the object at the Boundary between the sub-areas to be solidified is considered. What can still be considered harmless can be determined, for example, by a few preliminary tests with the envisaged construction material before the start of the actual manufacturing process with the additive manufacturing device. As a result of the preliminary tests, the value of the permissible interruption period tmax can then be specified as a parameter (e.g. at an input interface of the device (computer) by means of which the method according to the invention is carried out when the method according to the invention is carried out). Possible values for the interruption period are generally below 120 ms, preferably below 100 ms and/or above 20 ms, preferably above 50 ms.
  • the minimum distance to the border is a distance that is determined perpendicular to the course of the border. In the first sub-area to be consolidated, under certain circumstances, locations can also be scanned again that are at a greater distance from the boundary than the minimum distance. According to the invention, however, essentially all points that are less than the minimum distance from the boundary should be scanned again.
  • the minimum distance can also be determined by preliminary tests with the envisaged construction material before the start of the actual manufacturing process with the additive manufacturing device and then specified as a parameter, e.g. when carrying out the method according to the invention (e.g. at an input interface of the device (the computer) by means of which (its ) the method according to the invention is carried out).
  • a distance (D′) between the trajectory closest to the boundary in the first partial area to be consolidated and the trajectory closest to the boundary in the second partial area to be consolidated is chosen as an average distance (D) between the trajectories in the first section to be consolidated and/or between the trajectories in the second section to be consolidated.
  • This procedure is preferably used if the interruption period does not exceed a previously determined threshold value (eg 5 s).
  • a distance between two adjacent, essentially parallel trajectories can be defined here as a minimum distance between the two trajectories, ie as a minimum distance between the two points, one of which lies on one trajectory and the other on the other trajectory lies, can have.
  • Essentially parallel means that the distance varies only within narrow limits, ie its value varies by less than 10%, preferably by less than 5%, more preferably by less than 2%. .
  • the mean value of all distances between the points of the first and the second trajectory can be used as the distance between two adjacent trajectories that are essentially parallel to one another.
  • a distance from a point on a trajectory to the adjacent trajectory can be defined here as the length of a section along a perpendicular from the adjacent trajectory to this point.
  • the average distance between the trajectories of a sub-area to be consolidated can be the average of the distances between two adjacent trajectories of the sub-area to be consolidated, provided the distance between the trajectories within a sub-area is not constant anyway.
  • the material in the first sub-area to be solidified can cool down so much during the interruption period that it leads to a Shrinkage or distortion occurs, especially at the edges of the first partial area to be consolidated.
  • the already solidified building material in the first sub-area to be solidified is connected to the still unsolidified building material at the border, which counteracts warping.
  • points in the first sub-area to be consolidated cannot be scanned again simply by moving a beam along a trajectory lying entirely or partially in the first sub-area to be consolidated. Since the beam of rays is not point-like, but always has a certain extent, building material in the first sub-area to be consolidated can also be scanned by moving a beam of rays along a trajectory that lies close to the boundary in whole or in part in the second sub-area to be solidified.
  • locations in the first sub-area to be solidified whose distance to the boundary is less than a predetermined minimum distance can be scanned by moving a beam of rays along a number of trajectories located in the first sub-area to be solidified and/or in the second to be solidified section run.
  • a similar amount of energy is preferably supplied to the building material as when these points were scanned for the first time. In some cases, however, it may already be sufficient to supply the construction material with a lower amount of energy, e.g. by reducing the power density in the beam or by changing the focus diameter or by increasing the speed of movement of the beam over the construction area.
  • the actual period of time that ultimately lies between the end of the (initial) scan of the first sub-area to be consolidated and the beginning of the scan of the second sub-area to be consolidated may be longer.
  • the "original" time period is determined for the decision as to whether points in the first sub-area to be hardened are scanned again, which would be present if points in the first sub-area to be hardened were not scanned again.
  • distortion at the border can also be reduced by selecting a distance (D') between the trajectory closest to the border in the first partial area to be hardened and the trajectory closest to the border in the second partial area to be hardened to be smaller than an average distance (D ) between the trajectories in the first partial area to be consolidated and/or between the trajectories in the second partial area to be consolidated.
  • D average distance
  • the distance between n trajectories that are closest to the limit in the second partial area, with a natural number being greater than zero, could also be set to the reduced distance (D 1 ).
  • a smaller distance D' between the trajectory closest to the boundary in the first partial area to be consolidated and the trajectory closest to the boundary in the second partial area to be consolidated and/or a higher value of the minimum distance can be specified, the clearer the interruption period At the permissible Interruption period exceeds tmax
  • the manner in which the distance between two trajectories and/or the minimum distance is to be adapted to the extent to which the permissible interruption period tmax is exceeded can in turn be determined by preliminary tests with the targeted construction material before the start of the actual manufacturing process with the additive manufacturing device.
  • the specified minimum distance can be between 250 pm and 300 pm for an interruption period , which is greater than or equal to 1 s and/or less than or equal to 7 s, the specified minimum distance is between 100 pm and 250 pm.
  • a distance between the trajectory closest to the limit in the first partial area to be consolidated and the trajectory closest to the limit in second sub-area to be consolidated between 150 pm and 225 pm if it is assumed that the average distance between the trajectories in the first and second sub-area is 20 pm in each case.
  • the procedure is based on the idea that the longer the interruption period, the higher the degree of cooling of the already hardened areas (the value of the temperature drop).
  • the way in which the minimum distance is to be increased depending on the extent to which the permissible interruption period tmax is exceeded or the distance between the trajectory closest to the limit in the first sub-area to be consolidated and the trajectory closest to the limit in the second sub-area to be consolidated is to be reduced can in turn be determined by Preliminary tests with the envisaged construction material are determined before the start of the actual manufacturing process with the additive manufacturing device.
  • a minimum distance adapted to the extent to which the permissible interruption period is exceeded can be determined or specified for the generation of the data model.
  • a distance between the trajectory closest to the boundary in the first partial area to be consolidated and the trajectory closest to the boundary in the second partial area to be consolidated can be reduced in the data model.
  • locations in the first partial area to be hardened are scanned again when scanning the second partial area to be hardened; in particular, locations in the first partial area to be hardened that have a distance from the border that is less than the minimum distance are scanned again.
  • the exact functional connection can be determined by preliminary tests with the envisaged construction material before the start of the actual manufacturing process with the additive manufacturing device and can then be taken into account when carrying out the method according to the invention.
  • first partial area to be hardened and the second partial area to be hardened can be a first section and a second section of a contour line of the object cross section.
  • first section and a second section of a contour line of the object cross section are assigned to the first partial area to be consolidated and the second partial area to be consolidated, then this automatically means that the first and the second section adjoin one another. Since the edge area has at least a width that corresponds approximately to the diameter of the beam, the boundary is not punctiform in this case either.
  • the first section of the contour line is scanned with a first trajectory and the second section of the contour line is scanned with a second trajectory.
  • a computer-assisted method for generating a control data set for an energy input device of an additive manufacturing device for producing a three-dimensional object by means of the same, the additive manufacturing device being set up to produce the object by applying a construction material layer by layer and solidifying the construction material in a construction field by means of the energy input device Supply of radiant energy to solidification points in each layer, which are associated with the cross-section of the object in this layer, wherein the energy input device has a first beam emitter above the build area, from which a first beam is directed onto the build area, and a second beam emitter Emitter, from which a second beam is directed onto the construction area, with the first beam emitter being assigned a first working area in the construction area, onto which the first beam can be directed, and the second beam emitter being assigned a second working area in the construction area is assigned to which the second beam can be directed, with the first and the second working area adjoining one another at a boundary, has: a first step (S1) of accessing computer-based model data of at least
  • a control data set generated according to the invention is processed by a control device of an energy input device in order to carry out a corresponding layer-by-layer additive manufacturing method of objects using a layer-by-layer additive manufacturing device in which the control device is integrated or to which the control device is assigned.
  • the control device can be a unit within a control device that controls a manufacturing process in an additive manufacturing device.
  • the control device can also be present outside of the control device in the same way and can exchange signals with the additive manufacturing device, in particular with the energy input device, via a network.
  • the individual components of the control device or the entire control device can be implemented solely by software or solely by hardware or by means of a mixture of hardware and software. Interfaces do not necessarily have to be in the form of hardware components, but can also be in the form of software modules. Interfaces can also consist of both hardware and software components, for example in the form of a standard hardware interface that is specially configured by software for the specific application. In addition, several interfaces can also be combined in a common interface, for example an input-output interface. In particular, if the control device is implemented solely by software, the Control device in the form of a computer program. Such a computer program for a manufacturing process is then preferably executed by the additive manufacturing device in its control device.
  • the additive manufacturing device is set up to produce the object by applying a building material layer on layer and solidifying the building material in a building field by means of the energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer that is assigned to the cross-section of the object in this layer, the energy input device has a first beam emitter above the build area, from which a first beam is directed onto the build area, and a second beam emitter, from which a second beam is directed onto the construction area, the first beam emitter is assigned a first working area in the construction area, onto which the first beam can be directed, and a second working area in the construction area is assigned to the second beam emitter, onto which the second beams can be directed, with the first and second working areas adjoining one another at a boundary, the solidification points of a layer in the first and second working areas are respectively scanned by moving the first and second beams along a plurality of trajectories
  • the points at which a beam can be directed by means of a beam-beam emitter during an additive manufacturing process are defined by design measures (by means of hardware and/or software).
  • the area of the construction site in which these points are located is regarded as the work area assigned to the beam emitter.
  • the corresponding beam bundle emitter cannot direct a beam bundle to other points of the construction area without prior constructive Modifications (by means of hardware and/or software) are made.
  • the working ranges can be limited by the control software of the beam emitters. In other words, without such a software limitation, two beam bundle emitters would often be able to reach individual partial areas of the construction area or even the entire construction area together.
  • the invention preferably relates to the presence of two beam emitters, it can also be used in the same way in cases in which more than two beam emitters are present, in particular more than two working areas are present.
  • the working areas preferably have a trapezoidal shape, even more preferably a parallelogram shape, even more preferably a rectangular shape. More preferably, the work areas border one another in such a way that two sides of the first work area are covered by two straight lines that also cover two sides of the second work area.
  • a trajectory is understood to mean what is known as a “hatch line” when scanning an interior region of an object cross section.
  • the method according to the invention is preferably used in the hardening of cross sections of the object that cover the boundary between the first and second working area. Especially when object cross-sections to be solidified overlap the boundary, it is important to coordinate the scanning of locations on both sides of the boundary in terms of time, since inhomogeneities then occur in the solidified material inside an object to be produced.
  • Points to be hardened at the boundary in the first working area are preferably scanned with a previously determined material and/or process-specific maximum time interval from points to be hardened at the boundary in the second working area.
  • the procedure described implements timing when scanning the building material on both sides of the border by scanning a hardening point in the first working area and a hardening point in the second working area with a time difference that is less than an allowable maximum time difference. Since temperature differences that occur in the build material near the boundary are largely influenced by how good the thermal conductivity of the build material is, the maximum time difference (the maximum time interval) depends on the build material used. As a rule, the thermal conductivity properties of the construction material are known. However, it is also possible to examine the thermal conductivity properties of the construction material (possibly at different temperatures and/or depending on the melting/solidification state) by means of a limited number of preliminary tests.
  • Points to be solidified in the first working area are preferably scanned with a maximum time interval from points to be solidified in the second working area, which is less than or equal to 200 ms, preferably less than or equal to 100 ms, even more preferably less than or equal to 50 ms, even more preferably less than or equal to 20 ms , more preferably less than or equal to 10ms.
  • Locations to be hardened in the first working area are preferably scanned essentially at the same time as locations to be hardened in the second working area that are mirror-symmetrical with respect to the boundary.
  • substantially simultaneously means a time interval that is less than 5 ms. Of course, this time interval does not have to be constant, but can vary over time, as long as the time interval of 5 ms is not exceeded.
  • the trajectories preferably run essentially parallel to one another in the first and in the second working area.
  • the trajectories in the two working areas preferably run parallel or essentially parallel to one another.
  • the expression “substantially parallel” is intended to express that the orientations of two adjacent trajectories can have an angle to one another that is less than or equal to 5°.
  • the trajectories in the first and in the second working area run at an angle to the boundary. Even if in principle any value other than 0° or 180° can be selected for the angle, an angle of 90° is preferably selected.
  • the trajectories run essentially parallel to the boundary in the first and in the second working area.
  • substantially parallel to the boundary is intended to express that the direction of extent of the trajectories deviates by a maximum of 5° from the direction of extent of the boundary.
  • the trajectories preferably run exactly parallel to the boundary within the framework of the boundary conditions specified by the apparatus.
  • the specified procedure ensures that the transition to the respective following trajectory at the border takes place essentially simultaneously in both working areas.
  • the trajectory sequence direction in the second working area is mirror-symmetrical with respect to the boundary with respect to the trajectory sequence direction in the first working area.
  • the trajectory sequence direction is the direction in which the trajectories in each of the work areas are scanned one after the other, the trajectory sequence direction is therefore in particular perpendicular to the trajectories.
  • trajectories lying next to one another become immediate in terms of time scanned one after the other.
  • This timing of the scanning sequence of the trajectories on both sides of the border can ensure that the time interval between the scanning of locations on both sides of the border remains within the limits. In particular, it can be brought about that strong fluctuations in this time interval are avoided.
  • the trajectory sequence direction points away from the boundary.
  • a trajectory sequence direction ie a direction in which the trajectories are scanned one after the other, is essentially perpendicular to the boundary in both working areas. If both trajectory sequence directions then point away from the boundary, this means nothing other than that the scanning of the trajectories—preferably at the same time—begins at the boundary. This procedure can be used to ensure particularly well that locations of the slice that are mirror-symmetrical to one another with respect to the boundary are scanned essentially at the same time.
  • the procedure variant just described leads to a larger time interval in the scanning from points that are mirror-symmetrical to the border, only occurs with trajectories that have a greater distance to the border.
  • the influence on the temperature of the building material beyond the boundary is not so large.
  • the trajectory sequence direction can be selected such that trajectories whose center (in the direction of the trajectories) is at a greater distance from the boundary, are scanned for trajectories whose center (in the direction of the trajectories) is at a smaller distance from the boundary.
  • the trajectories in the two working areas are arranged mirror-symmetrical to the border, with the scanning directions of trajectories in the two working areas, which are mirror-symmetrical to the border, preferably also being mirror-symmetrical.
  • a mirror-symmetrical arrangement of the trajectories means that the directions in which the trajectories extend on both sides of the border are mirror-symmetrical to one another.
  • the mirror-symmetrical arrangement of the trajectories means that the building material can be heated and cooled particularly homogeneously. If the directions of movement of the first and second beam bundles are chosen to be mirror-symmetrical to one another when scanning the trajectories in the first and second working area, the homogeneity can be improved even further.
  • a waiting time can preferably be inserted before and/or during and/or after the scanning of a number of trajectories in one of the two working areas.
  • the time required for scanning the trajectories may differ. This can result in the sampling timing relative to the boundary of opposite locations becoming large over time. This can be counteracted by inserting waiting times.
  • the insertion of waiting times can ensure mirror-symmetrical scanning of trajectories on both sides of the border, that is to say essentially simultaneous scanning of points that are mirror-symmetrical with respect to the border.
  • the waiting time can be inserted before or after the scanning of the trajectory.
  • the scanning speed of the shorter trajectory can also be selected to be lower than that of the longer trajectory.
  • a waiting time is preferably provided in at least one of the two working areas after and/or before an essentially complete scanning of an object cross-sectional area.
  • an object cross-section area can be a sub-area of an object cross-section of an object that is not connected to other sub-areas of the object cross-section - is not related to them.
  • an object cross section area can also correspond to a complete cross section of an object.
  • the method is applied in connection with an additive manufacturing device that is set up to produce a plurality of three-dimensional objects with temporal overlapping during a manufacturing process.
  • an additive manufacturing device that is set up to produce a plurality of three-dimensional objects with temporal overlapping during a manufacturing process.
  • at least one of the objects has an object cross-section which consists of a plurality of non-contiguous object cross-section regions.
  • the time required for scanning the trajectories may differ. This can lead to a time interval in the scanning with respect to the boundary of mutually opposite locations being large even when scanning further object cross-section regions subsequent in time, even if the subsequent object cross-sectional regions are symmetrical to the boundary. This can be counteracted by inserting a waiting time before the start of the scanning of the trajectories in the working area with the lower area proportion of the object cross-section area when scanning an object cross-section area that is asymmetrical to the boundary.
  • a waiting time could also be inserted after the scanning of the trajectories has ended in the working area with the smaller area proportion.
  • the waiting time is preferably measured in such a way that the scanning of the trajectories of the temporally subsequent object cross-sectional area starts as simultaneously as possible in both working areas, but at least with a short time interval.
  • the beam width can be viewed here as the expansion of a beam on the construction field perpendicular to the direction of movement of the beam.
  • the scanning directions of the trajectories in a second layer following a first layer are preferably rotated by an angle T with respect to those of the first layer, the direction of rotation in the first working area being opposite to the direction of rotation in the second working area.
  • the first layer and the second layer refer to any successive, preferably immediately successive, layers.
  • the first layer is therefore not necessarily to be equated with the very bottom layer to be selectively hardened.
  • not all trajectories assigned to a layer or an object cross section covering the boundary are rotated by the same angle, in contrast to the prior art.
  • the mirror-symmetrical rotation of the trajectories in the two working areas means that a determination of the sequence of scanning of the trajectories already made for the first slice can be adopted in subsequent slices without change.
  • the trajectory sequence directions are thus rotated symmetrically to the boundary.
  • the sequence of directions in which adjacent trajectories are traversed can also be retained unchanged.
  • the method is preferably used in the consolidation of object cross-sections that have a downward-pointing surface area of the object during manufacture, preferably additionally in the consolidation of the two object cross-sections immediately above such object cross-sections, even more preferably additionally in the consolidation of four object cross-sections immediately above one Object cross-section with surface area facing down during fabrication.
  • downskin areas In areas of an object to be manufactured that point downwards during manufacture, i.e. in the direction of the construction platform or counter to the direction of the sequence of layers during the manufacturing process, so-called downskin areas, inhomogeneities or temperature cycles during the melting of the construction material can lead to irregularities the surface facing down.
  • Such areas do not necessarily only include areas directly on the downward-facing surface, but sometimes also areas at a certain distance from the surface, since when these areas, which are actually remote from the surface, melt, there are still effects on the downward-facing surface as a result of thermal conduction surface can be verified.
  • the object is manufactured by means of an additive manufacturing device by applying a building material layer on layer and Solidification of the building material in a construction field by means of an energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, the energy input device has a first beam emitter above the construction field, from which a first beam the construction area is directed, and a second beam bundle emitter, from which a second beam bundle is directed onto the construction area, the first beam bundle emitter is assigned a first working area in the construction area, onto which the first beam bundle can be directed, and the second associated with the beam emitter in the construction field, onto which the second beam can be directed, the first and second working areas adjoining one another at a boundary, the solidification points of a layer in the first and second working areas are respectively determined by moving the first and second beam bundle is sampled along a plurality of trajectories in the construction field, and the energy input device is controlled by means
  • the object is manufactured using an additive manufacturing device by applying a building material layer by layer and solidifying the building material in a building field by means of an energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer that corresponds to the cross section of the are assigned to the object in this layer, with the energy input device having a number of beam bundle emitters above the construction area, from which a number of beam bundles are directed onto the construction area, with the energy input device being controlled by a control data set which is controlled by means of one of the above-mentioned inventive Procedure for generating a control data record was generated.
  • the building material is preferably a powdery or pasty material. This is preferably melted by the supply of radiation energy in order to be in the solidified state after cooling. Polymer-based building material is preferably used in the additive manufacturing processes to which the present application relates.
  • polymer-based building material is understood as meaning a building material with a polymer content of 55% by volume or more, in particular a polymer powder.
  • the layer to be solidified is brought to a working temperature before exposure to the beam of rays, which is only slightly below the temperature present during melting, the inventors were able to determine that the procedure according to the invention can nevertheless improve the homogeneity of the objects produced .
  • the polymer-based paste-like or powder-form construction material can contain, for example, at least one of the polymers selected from the group consisting of the following polymers: polyetherimides, polycarbonates, polyphenylsulfones, polyphenyloxides, polyethersulfones, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers, polyacrylates, polyesters, polyamides, Polyaryl ether ketones, polyethers, polyurethanes, polyimides, polyamideimides, polyolefins, polystyrenes, polyphenyl sulfides, polyvinylidene fluorides, polyamide elastomers such as polyether block amides and copolymers which contain at least two different monomer units of the aforementioned polymers.
  • polymers selected from the group consisting of the following polymers: polyetherimides, polycarbonates, polyphenylsulfones, polyphenyloxides, polyethersulfones, acrylon
  • Suitable polyester polymers or copolymers can be selected from the group consisting of polyalkylene terephthalates (eg PET, PBT) and their copolymers.
  • Suitable polyolefin polymers or copolymers can be selected from the group consisting of polyethylene and polypropylene.
  • Suitable polystyrene polymers or copolymers can be selected from the group consisting of syndiotactic and isotactic polystyrenes.
  • the pulverulent building material can additionally or alternatively contain at least one polyblend based on at least two of the aforementioned polymers and copolymers. Additives, for example flow aids, fillers, pigments, etc., can also be present with the plastic as the matrix.
  • layers that are selectively solidified to form an object cross-section with a surface area of the object pointing downwards during production preference is given to layers that are selectively solidified to form an object cross-section with a surface area of the object pointing downwards during production, preferably additional layers that are selectively solidified to form the two object cross-sections directly above such an object cross-section, even more preferred additional layers, which are selectively solidified to form the four object cross-sections directly above an object cross-section with the surface area pointing downwards during production, are applied with a fraction of the standard layer application thickness, preferably half the standard layer application thickness.
  • a standard layer application thickness is understood here to mean the thickness of the construction material with which this is applied as standard during a production process.
  • the standard layer application thickness is selected so that after solidification of a structural material layer of this thickness, a solidified layer is present whose layer thickness corresponds to the thickness of the object cross sections when a CAD model of the object to be produced is broken down into object cross sections, to which the structural material layers are assigned during production.
  • the fraction can be 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/8, 1/10, 2/3, 3/4.
  • the homogeneity of the surface pointing downwards during production improves in these areas, since the reduced thickness means that less material has to be melted and thus the temperature differences due to the lower amount of energy input are less.
  • this can ensure improved quality of the surfaces pointing downwards during production, particularly in cases in which the trajectories in the first and second working area cannot be scanned in the ideal manner according to the invention due to other boundary conditions .
  • a control device of an energy input device of an additive manufacturing device for producing a three-dimensional object by means of the same, wherein the additive manufacturing device is set up to produce the object by applying a construction material layer on layer and solidifying the building material in a construction field by means of the energy input device by supplying radiation energy to solidification points in of each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, wherein the energy input device has a first beam emitter above the construction area, from which a first beam is directed onto the construction area, and a second beam emitter, from which a second beam is directed onto the construction area, with the first beam emitter being assigned a first working area in the construction area, onto which the first beam can be directed, and a second working area in the construction area being assigned to the second beam emitter, onto which the second beams of rays can be directed with the first and second work areas adjoining one another at a boundary, comprises a scanning controller arranged to cause the energy input device to scan the solidification sites in the first and second work areas by moving the
  • the scanning controller coordinating the movements of the first and second beams so that locations to be solidified in the first work area are scanned in a timely manner with locations to be solidified in the second work area.
  • the control device of an energy input device is able to implement the method described above for controlling an energy input device, in which the direction of the movement vectors is defined along the trajectories.
  • the individual components of the device ie in particular the scanning control unit, or the entire control device can be solely by software or solely by hardware or by means of a mixture of hardware and software can be implemented.
  • Interfaces do not necessarily have to be in the form of hardware components, but can also be in the form of software modules. Interfaces can also consist of both hardware and software components, for example in the form of a standard hardware interface that is specially configured by software for the specific application. In addition, several interfaces can also be combined in a common interface, for example an input-output interface.
  • control device can be a unit within a control device that controls a manufacturing process in an additive manufacturing device.
  • control device can also be present outside of the control device in the same way and can exchange signals with the additive manufacturing device, in particular with the energy input device, via a network.
  • control device can be in the form of a computer program. Such a computer program for a manufacturing process is then preferably executed by the additive manufacturing device in its control device.
  • An additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object, the object being manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer by layer and solidifying the building material in a building field by means of an energy input device by supplying radiant energy to solidification points in each layer which corresponds to the cross section of the Objects are assigned in this layer, wherein the additive manufacturing device comprises: a layer application device which is suitable for applying a layer of a
  • the energy input device being located above of the build area has a first beam bundle emitter, from which a first beam bundle can be directed onto the build area, and a second beam bundle emitter, from which a second beam bundle can be directed onto the build area, with the first beam bundle emitter having a first work area is assigned in the construction field onto which the first beam can be directed, and the second beam emitter is assigned a second work area in the construction field onto which the second beam can be directed, the first and the second work area at a boundary adjoin each other, wherein the hardening points of a layer in the first and second working area are each scanned by moving the first or second beam bundle along a plurality of trajectories in the construction area, wherein the additive manufacturing device according to the invention has a control device according to the invention of an energy input device and
  • the working ranges can be defined by the control software of the beam emitters.
  • two beam bundle emitters can be able to reach individual partial areas of the construction area or even the entire construction area together.
  • the present invention is not limited to additive manufacturing devices in which there are only two beam emitters. It can also be applied in connection with manufacturing devices in which there are more than two beam emitters. In the latter case, the procedure according to the invention is then used for two beam bundle emitters whose working areas adjoin one another.
  • FIG. 1 shows a schematic, partially sectioned view of an exemplary apparatus for additively manufacturing a three-dimensional object in accordance with the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic top view of the construction field with a viewing direction perpendicular to the construction plane to illustrate a first exemplary embodiment of a procedure according to the invention.
  • FIG. 4 shows a first variant of a second exemplary embodiment of a procedure according to the invention.
  • FIG. 5 shows a second variant of a second exemplary embodiment of a procedure according to the invention.
  • FIG. 6 illustrates a variant of the procedure in the case of the presence of several object cross-sections to be consolidated in one layer.
  • FIG. 8 schematically shows an exemplary embodiment of a control device of an energy input device.
  • FIG. 9 shows the schematic structure of a device for providing control data.
  • FIG. 10 illustrates the sequence of a method for providing control data.
  • FIG. 11a and 11b schematically illustrate a third embodiment of the invention.
  • FIG. 12 shows a variant of the procedure illustrated in FIG. 11b.
  • FIG. 13 shows a further variant of the procedure illustrated in FIG. 11b.
  • 16a and 16b schematically illustrate a further procedure according to the invention.
  • the laser sintering or laser melting device 1 contains a process chamber or building chamber 3 with a chamber wall 4.
  • a building container 5 which is open at the top and has a container wall 6.
  • a working plane 7 (also called construction plane) is defined by the upper opening of the construction container 5 , the area of the working plane 7 lying within the opening, which can be used for constructing the object 2 , being referred to as construction field 8 .
  • a support 10 which can be moved in a vertical direction V and to which a base plate 11 is attached which closes off the container 5 at the bottom and thus forms the bottom thereof.
  • the base plate 11 may be a plate formed separately from the bracket 10 and fixed to the bracket 10, or may be formed integrally with the bracket 10.
  • a construction platform 12 can also be attached to the base plate 11 as a construction base, on which the object 2 is built.
  • the object 2 can also be built on the base plate 11 itself, which then serves as a building base. In Fig. 1 this is closed in the container 5 on the construction platform 12
  • the object 2 to be formed is shown below the working plane 7 in an intermediate state with several solidified layers, surrounded by building material 13 that has remained unsolidified.
  • the laser sintering or melting device 1 also contains a storage container 14 for a construction material 15, in this example a powder that can be solidified by electromagnetic radiation, and a coater 16 that can be moved in a horizontal direction H for applying the construction material 15 within the construction area 8.
  • a heating device e.g. a radiant heater 17, can be arranged in the process chamber 3, which is used to heat the applied build-up material.
  • An infrared radiator for example, can be provided as the radiant heater 17 .
  • the exemplary additive manufacturing device 1 also contains an energy input device 20 with a laser 21 (e.g. a CO2 laser or a CO laser), which generates a laser beam 22, which is emitted via a beam emitter 23, for example one or more galvanometer mirrors together with the associated drive. is deflected and is focused on the working plane 7 by a focusing device 24 via a coupling window 25 which is attached to the upper side of the process chamber 3 in the chamber wall 4 . Even if this is not shown in FIG. 1, some embodiments of the additive manufacturing device according to the invention have at least two and preferably exactly two beam bundle emitters 23 . As a result, a production process can be carried out in a shorter time, since the building material can then be scanned and solidified at different points at the same time with several beam bundles.
  • a laser 21 e.g. a CO2 laser or a CO laser
  • the specific structure of a laser sintering or melting device shown in FIG. 1 is only an example for the present invention and can of course also be modified, in particular when using a different energy input device than that shown.
  • the term "ray bundle" is often used in this application instead of "ray”.
  • the laser sintering device 1 also contains a control device 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner for carrying out the construction process.
  • the control device can also be fitted partially or entirely outside of the additive manufacturing device.
  • the controller may include a CPU whose operation is controlled by a computer program (software).
  • the computer program can be stored separately from the additive manufacturing device in a memory device, from where it can be loaded (eg via a network) into the additive manufacturing device, in particular into the control device.
  • the carrier 10 is lowered layer by layer by the control device 29, the coater 16 is actuated to apply a new powder layer and the energy input device 20, i.e. in particular the beam emitter 23 and optionally also the laser 21 and/or the focusing device 24, controlled to solidify the respective layer at the locations corresponding to the respective object by scanning these locations with the laser.
  • the energy input device 20 i.e. in particular the beam emitter 23 and optionally also the laser 21 and/or the focusing device 24, controlled to solidify the respective layer at the locations corresponding to the respective object by scanning these locations with the laser.
  • a unit 39 responsible for activating the energy input device 20 within the control device 29 as the activation device 39 of the energy input device.
  • control device 39 of the energy input device for the additive manufacturing of objects interacts sufficiently with the control device 29 can, so in particular can exchange signals.
  • FIG. 2 schematically shows an oblique plan view of the construction area 8, in which a first working area 8a in the construction area 8 is assigned to a first beam bundle emitter 23a and a second working area 8b in the construction area 8 is assigned to a second beam bundle emitter 23b.
  • the working area 8a defines the points in the construction field 8 onto which a first beam 22a can be directed by the first beam emitter 23a
  • the working area 8b defines the points in the construction field 8, onto which a second beam 22b can be directed by the second beam emitter 23b.
  • the first work area 8a and the second work area 8b together preferably cover the entire construction field 8 .
  • first working area 8a and the second working area 8b do not necessarily have to be directly adjacent to one another. Rather, they can also overlap in a corridor on both sides of the border (overlap or corridor width, for example, greater than or equal to 0 mm and/or smaller than or equal to 1 mm) or there can be a narrow gap at the border (e.g. with a width greater than or equal to 50 pm and/or less than or equal to 500 pm) between the working areas.
  • Fig. 3 schematically shows another plan view of the construction field 8, in this case the viewing direction is perpendicular to the construction plane 7.
  • the two work areas 8a and 8b are again shown, and a cross section 200 of the object to be consolidated is also shown as an example. which has a rectangular shape for the sake of simplicity.
  • the vertical arrows represent trajectories 222a, 222b along which the respective bundle of rays (e.g. a laser beam) is moved over the cross section 200 in each of the working areas 8a and 8b.
  • the respective bundle of rays e.g. a laser beam
  • a parallel or substantially parallel orientation of the trajectories which is customary in the prior art, is selected for hardening a surface, which is also referred to as "hatching" in technical jargon.
  • Adjacent trajectories are preferably traversed in opposite directions, although it is possible in principle (and thus also in the present invention) for all trajectories to be traversed in the same direction.
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of such a coordinated procedure, in which the hatch lines (trajectories) run essentially parallel to the boundary 8ab.
  • Lower case letters a to i are attached above the individual hatch lines, which are intended to identify the chronological sequence in which the trajectories are run through on the basis of their alphabetical order. This defines a trajectory sequence direction pointing to the left in the left work area and a trajectory sequence direction pointing to the right in the right work area.
  • the scanning starts in the two working areas 8a and 8b with the trajectories 222a and 222b closest to the boundary 8ab, with the trajectory sequence directions being mirror-symmetrical to the boundary. So that the building material can be melted homogeneously across the border, scanning should begin in both working areas at the same point in time or with a small time difference (preferably with a time difference of less than 200 ms).
  • 3 shows the ideal case here, in which the direction of movement along the two trajectories closest to the boundary 8ab (each denoted by “a”) is the same on both sides of the boundary.
  • the trajectories closest to the boundary 8ab it is of course also possible for the trajectories closest to the boundary 8ab to be scanned in different directions. It is also possible to proceed in the manner described if adjacent trajectories in each of the two working areas are not scanned in opposite directions (as shown in FIG. 3), but rather all trajectories are scanned in the same direction.
  • FIG. 3 shows the case in which the trajectories labeled "a" near the boundary 8ab are sampled first
  • the trajectory sequence directions can also be reversed provided the trajectory sequence directions are mirror-symmetrical to the boundary.
  • the scanning could also start in both working areas with the trajectories i, so that the trajectories a would then be scanned last.
  • 4 shows a first variant of a second exemplary embodiment of a procedure according to the invention. The figure is similar to FIG. 3 and like features are denoted by the same reference numerals. The difference from the first exemplary embodiment is that the trajectories in FIG. 4 run essentially perpendicularly to the boundary 8ab between the two working areas 8a and 8b. As in FIG.
  • trajectory sequence directions in the two working areas are mirror-symmetrical to the boundary 8ab.
  • the trajectory sequence directions result in turn from the alphabetical order of the letters, which characterizes the chronological order of the scanning of the trajectories.
  • the direction of the trajectory sequence points downwards in both working areas.
  • the scanning direction of one working area can also continue in the other working area, as shown is shown in a second variant of the second embodiment in FIG.
  • the direction of the trajectory sequence can also be reversed in both working areas, that is, in contrast to FIGS. 4 and 5, it can run from bottom to top. In any case, it is important that the trajectory sequence directions are mirror-symmetrical to the boundary.
  • the procedure illustrated in FIG. 4 leads to a particularly good homogeneity of the objects since locations close to the border are scanned very promptly.
  • the trajectories (designated with “a”) that are run through first meet at the boundary 8ab, so that the two beam bundles 22a and 22b arrive at the boundary 8ab essentially at the same time.
  • the next trajectories (designated "b") are traversed, the two beams 22a and 22b start essentially at the same time at the boundary 8ab, etc.
  • the trajectory sequence direction and should be preferred according to the invention the direction of movement of the beam 22a in the first working area 8a must also be mirror-symmetrical to the trajectory sequence direction and to the direction of movement of the beam 22b in the second working area 8b.
  • the beam bundles should then preferably move towards one another or move away from one another with respect to the boundary 8ab.
  • a waiting time can be inserted in the working area 8a with the shorter trajectories after a trajectory has been run through until the correlated longer trajectory in the other work area 8b has also been completely run through.
  • the scanning of the respective next trajectories then begins essentially at the same time in both working areas.
  • the insertion of a waiting time can be implemented in such a way that the laser beam fed to the associated beam bundle emitter is switched off, blocked or deflected during the waiting time in such a way that it no longer reaches the construction area.
  • the radiation power impinging on the construction material through the beam bundle can also be reduced so much during the waiting time that the amount of energy impinging on the construction material during the waiting time is not sufficient to melt the construction material.
  • the procedure just described is not limited to the example of the object cross section 201 in FIG. 6 .
  • a waiting time does not necessarily always have to be inserted after scanning a shorter trajectory. It is also conceivable to insert a waiting time only after every second, third, etc. shorter trajectory. The number of shorter trajectories scanned between two waiting times can also vary.
  • waiting times can also be inserted in a scan according to the first exemplary embodiment of FIG. 3 (with the scan direction essentially parallel to the border) in order to ensure compensation if the cross-sectional areas to be hardened are very unequal in size on both sides of the border.
  • the waiting time does not necessarily have to be inserted after the shorter trajectory has been run through, but can also be inserted before the start of the scan of the shorter trajectory or at any point in time during the scan of the shorter trajectory. It is also conceivable to insert several waiting times instead of a single waiting time.
  • the speed of movement of the bundle of rays along the shorter trajectory can be reduced and/or the speed of movement along the longer trajectory can be increased in order to ensure that the object cross-section is located on both sides of the boundary 8ab at a short time distance from the first and second Beams are scanned. If the speed of movement of the beam bundle changes, the radiation power must usually also be adjusted at the same time so that the amount of energy required for a homogeneous melting process on the construction level is introduced into the construction material.
  • a waiting time is therefore preferably inserted in the working area in which the smaller area portion of the object cross-section lies before the start of the scanning of the object cross-sectional area in this working area.
  • the length of the waiting time can be selected in such a way that the scanning of the object cross section ends essentially at the same time in the first and second working area. For example, in the first exemplary embodiment, in the case that differs from FIG.
  • a waiting time before and/or after the scanning of the smaller object cross-section portion can be selected such that half of the area of the object cross-section in the respective working area is scanned at the same time in both working areas.
  • other settings for the waiting time are also possible, as long as the portion of the object cross section in the working area with the smaller area to be scanned is completely scanned during the scanning of the object cross section in the other working area.
  • Fig. 6 shows two object cross sections 201 and 202 that are to be consolidated, it being assumed, for example, that in the course of scanning the trajectories 222a and 222b in the work areas 8a and 8b, the trajectories in the object cross section 201 are first scanned before the trajectories in the object cross section 202 become. Since the object cross section 201 is asymmetrical to the boundary 8ab, without further measures the beam 22a in the working area 8a would have finished scanning the object cross section 201 at an earlier point in time than the beam 22b in the working area 8b.
  • beam bundle 22a would start scanning object cross section 202 at an earlier point in time than beam bundle 22b, so that in object cross section 202 significant time differences would have to be expected when scanning the trajectories near the boundary.
  • the insertion of a waiting time before the start of the scanning of the object cross section 201 in the working area 8a or after the end of the scanning of the object cross section 201 in the working area 8a offers the possibility of ensuring that both beam bundles 22a and 22b are at essentially the same time or with little time Start scanning object cross section 202 distance.
  • the trajectories do not necessarily have to be perpendicular to the limit 8ab.
  • the procedure is also possible with a scan according to the first exemplary embodiment of FIG. 3 (with the scan direction essentially parallel to the boundary).
  • the orientation of the trajectories from layer to layer is often adjusted by a certain amount to reduce shrinkage effects and internal stresses Angle (e.g. 90°) changed.
  • Angle e.g. 90°
  • the trajectories and their scanning directions in the two working areas are preferably rotated by the same angle, but with opposite directions of rotation.
  • the direction of rotation must be mirror-symmetrical in relation to the limit 8ab.
  • the purpose of such a procedure is that, despite the changed orientation of the trajectories in both working areas, the trajectory sequence directions in both working areas are still mirror-symmetrical to the border.
  • the scanning directions of the trajectories in the first working area 8a are rotated counterclockwise by an angle of 90° compared to those in FIG angle of 90° rotated clockwise.
  • FIG. 7 This shows a case in which the scanning directions of the trajectories in the first working area 8a are rotated counterclockwise by an angle of 45° compared to those in FIG. 3 and the scanning directions of the trajectories in the second working area 8b are rotated by an angle of rotated 45° clockwise.
  • a mirror-symmetrical position of the trajectory sequence directions and a correspondingly mirror-symmetrical running through the trajectories can ensure that points near the boundary 8ab in the two working areas are scanned with the beam simultaneously or with a short time interval from one another.
  • the driving device 190 has a scanning control unit 110 .
  • the latter has access to a memory 150 in which a control data set 130 is stored, which specifies the locations of a layer at which radiation supply is intended to cause solidification of the building material.
  • the scanning control unit 110 has access to a second data record 140 in the memory 150, in which the working areas of the two beam bundle emitters (scanners) are specified, ie there is an assignment of locations on the construction site to the scanners.
  • a scan control module 120 in the scanning control unit 110 controls each of the two scanners in such a way that the respective scanner scans the locations to be solidified that are specified in the control data record 130 and are in the working area of this scanner.
  • the scanning takes place along mutually parallel trajectories (hatch lines) whose length and orientation in the construction plane are specified by the scanning control unit 110 .
  • the scanning control unit 110 ensures that the sequence of scanning of the scan lines in the first and second working area is coordinated such that locations to be solidified in the first working area 8a are scanned in a timely manner to locations to be solidified in the second working area 8b. How to proceed here can be specified by the control data record 130, which was configured accordingly before the start of the production process.
  • the scanning of the trajectories in both working areas for solidification of an object cross section is achieved in that essentially mirror-symmetrical trajectory sequence directions are provided in both working areas.
  • a further improvement in the homogeneity of the manufactured object at the border can be achieved by placing the trajectories on both sides of the border as mirror images of one another and then scanning them in mirror-symmetrical directions with respect to the border in a further improvement stage.
  • a waiting time can also be inserted in the working area with the smaller area proportion to improve homogeneity.
  • Their implementation is also relatively simple. In the case of particularly high demands on the homogeneity of the manufactured objects, however, an even more precise but also more complex procedure can be used, which is described below.
  • the extent to which scanning of a point in one work area leads to a relevant increase in temperature of points in the other work area depends on the distance to the points in the other work area and the time offset for scanning the points in the other work area.
  • a predetermined minimum distance depends on the thermal conductivity properties of the construction material used and on the process conditions specified by the type of construction material. For example, at Use of polymer-based construction material only a small proportion of the energy required for a melting process through the beam, z. B. a laser beam, introduced into the building material. The latter is usually preheated by means of a heating device to a working temperature just below the melting point. The case is different for metal-containing structural material. Here, the working temperature is well below the melting point and during scanning, a relatively large amount of energy is introduced into the building material.
  • a control data record which enables a control device of an energy input device of an additive manufacturing device to be controlled according to the invention, can be generated in the following way:
  • a device 100 for generating a control data set shown schematically in FIG. 9, which is usually implemented by means of software, contains a data access unit 101 which accesses a data set with a data model (e.g. a CAD model) of a number of cross sections of the object.
  • a data model e.g. a CAD model
  • this is the first step S1.
  • a so-called "slicing" has already been carried out, i.e. an assignment of the object cross-sections to building material layers.
  • a data model generation unit 102 shown in FIG of trajectories over the building material in the first and second work area corresponds.
  • a timing of locations to be consolidated in the first work area 8a with locations to be consolidated in the second work area 8b is specified.
  • test unit 108 which checks whether, in a provisionally fixed scanning sequence of the points to be scanned, a Working area a predetermined maximum time interval at the time of scanning of near-border locations in the other work area, ideally at the time of scanning of all locations in the other work area, is maintained. If this is not the case, the data model generation unit 102 is caused to change the data model.
  • a control data record is then generated by the control data generation unit 103 shown in FIG. 9 (this is step S3 in FIG. 10).
  • the data model generated in the second step S2 can be provided as control information (control data) or the data model is reformatted into a control data record for better integrability.
  • the procedure described can be used for all object cross sections of an object to be produced.
  • the procedure according to the invention is particularly advantageous in so-called downskin areas. These are areas in the object to be manufactured that will be adjacent to unsolidified powder underneath the object during manufacture.
  • the inventors have found that precisely those surfaces which point downwards, ie towards the construction platform, during production can have defects at the boundary between the two working areas.
  • inventive timing of sampling locations in the two work areas should be particularly applied to object cross-sections immediately adjacent to unconsolidated build material below, that is, containing surface areas of the object that point downward during manufacture. Preference should be given to the timing of the invention at the bottom three object cross-sections above non-solid building material, more preferably in the bottom five object cross-sections.
  • a layer of unsolidified construction material can be used to support the production of the bottom three object cross-sections, preferably for the production of the bottom five object cross-sections, not with the same thickness as in other object areas (the standard layer application thickness), but with a fraction of this thickness, e.g. 50% of this thickness.
  • 11a shows a schematic vertical plan view of the construction field 8 to illustrate a third exemplary embodiment.
  • Three sub-areas 118a, 118b and 118c to be consolidated can be seen, of which the sub-areas 118a and 118b to be consolidated adjoin one another at a boundary 118ab.
  • the sub-areas to be solidified are areas of the build-up material layer to be solidified, which could basically be solidified with different laser beam bundles, but in this exemplary embodiment are solidified sequentially with one and the same laser beam bundle.
  • FIG. 11b shows an enlarged view of the two sections of the partial regions 118a and 118b to be consolidated which are adjacent to the boundary 118ab.
  • trajectories 128aa, 128ab and 128ac along which the building material in the partial area 118a to be solidified was scanned, the trajectory 128aa being scanned first, then the trajectory 128ab and finally the trajectory 128ac.
  • trajectories 128ba, 128bb and 128bc are shown in partial area 118b to be hardened, along which the building material in partial area 118b to be hardened is scanned, first trajectory 128ba, then trajectory 128bb and finally trajectory 128bc being scanned.
  • the build-up material in a section of the sub-area 118a to be solidified is sampled again at the boundary before the sampling of the sub-area 118b to be solidified is started.
  • the line 1118 marks a boundary of this section, which thus extends between the boundary 118ab and the line 1118.
  • the building material in the partial area 118a to be solidified can also be scanned again at a greater distance from the boundary 118ab than that which the line 1118 indicates.
  • line 1118 delineates a section where all locations should be resampled and can thus be considered a minimum distance.
  • the beam bundle is simply moved again along the trajectory 128ac in order to scan all points within the section delimited by the boundary 118ab and the line 1118 again.
  • the trajectory 128ac is shown in broken lines in FIG. 11b.
  • a method and a device for generating a control data record which implement the procedure just described in connection with FIGS. 11a and 11b, are analogous to the method and the device which were described in connection with FIG. 9 and FIG Description is not repeated here. It should only be mentioned that checking whether an interruption period At exceeds a permissible interruption period tmax can be carried out in a checking unit 108 which is arranged in device 100 for generating a control data record.
  • the manner described in connection with FIGS. 11a and 11b only has to be proceeded if the interruption period At exceeds a permissible interruption period tmax, since for short interruption periods At the cooling of the already scanned building material is not yet extensive enough to cause shrinkage effects .
  • the length of the still permissible interruption period tmax can be determined, for example, by a few preliminary tests with the envisaged construction material before the start of the actual manufacturing process with the additive manufacturing device. If the interruption period At exceeds the permissible interruption period tmax, a resulting minimum distance 1118 from the limit 118ab must be specified in the method for generating a control data record (the minimum distance is designated here, like the line, with the reference symbol 1118). The value of the minimum distance is specified here depending on the length of the interruption period.
  • the connection between the two parameters can in turn be determined by a few preliminary tests with the targeted construction material before the start of the actual manufacturing process with the additive manufacturing device.
  • FIG. 12 shows a variant of the procedure illustrated in FIG. 11b.
  • the line 1118 marking the minimum distance is between the boundary 118ab and the trajectory 128ac closest to the boundary in the partial area 118a to be solidified.
  • the beam again along trajectory 128ac one could scan all locations within the portion of portion 118a to be solidified bounded by boundary 118ab and line 1118.
  • energy can be supplied to all of these points with a beam of rays by moving the trajectory 128ba closest to the boundary 118ab in the sub-area 118b to be solidified close enough to the boundary so that when the scanning of the second sub-area 118b to be solidified is started by the movement of the Beam bundle along the trajectory 128ba all points beyond the boundary 118ab, which are closer to the boundary 118ab than the minimum distance marked by the line 1118, are sampled again.
  • FIG. 13 shows a further variant of the procedure illustrated in FIG. 11b.
  • the trajectories do not run parallel but perpendicularly to the boundary 118ab (a run at an angle other than 90° would also be possible).
  • the locations of the sub-area 118a to be solidified which lie within the minimum distance 1118 to the boundary 118ab, are not all sampled before the sampling of the sub-area 118b to be solidified, but in the course of the sampling of the sub-area 118b to be solidified, viz in that the trajectories in the partial area 118b to be consolidated are extended beyond the boundary 118ab to the line 1118 in the first partial area 118a to be consolidated.
  • the trajectories in the partial region 118b to be consolidated are only shifted horizontally in relation to the trajectories in the partial region 118a to be consolidated for reasons of better representation.
  • the trajectories in the partial area 118b to be consolidated can also have a different horizontal position than that shown in the figure.
  • the trajectories in sub-area 118b to be hardened can have the same horizontal position as the trajectories in sub-area 118a to be hardened, so that the trajectories of one sub-area to be hardened continue in the other area (which is related to the location and is not intended to mean that those to be solidified Partial areas with temporal overlapping, i.e. without an interruption period ⁇ t in between, are sampled).
  • FIG. 14 schematically shows a vertical top view of construction area 8.
  • construction area 8 has a square object cross-section 200, in the center of which there is also a square recess 210, where the construction material is not too solidify is.
  • the reference number 250 in the figure designates the inner contour line of the object cross section 200 to be solidified, that is to say the inner edge area which borders on the square recess 210 .
  • the object cross-section in order to harden the object cross-section, it is split into four partial areas 148a, 148b, 148c and 148d to be hardened, of which partial areas 148a and 148b to be hardened adjoin one another at a boundary 148ab, and partial areas 148a and 148c to be hardened adjoin one another at a boundary 148ac , portions 148b and 148d to be solidified abut one another at a boundary 148bd, and portions 148c and 148d to be solidified abut one another at a boundary 148cd.
  • a corresponding checking unit 108 in a device 100 for generating a control data record determines that the interruption periods Atac and Atbd are each longer than a permissible interruption period tmax.
  • locations in the sub-area 148a to be hardened whose distance from the boundary 148ac is less than a predetermined minimum distance 1148ac are scanned again before or during the scanning of the sub-area 148c to be hardened.
  • locations in the sub-area 148b to be hardened whose distance from the boundary 148bd is less than a predetermined minimum distance 1148bd are scanned again before or during the scanning of the sub-area 148d to be hardened.
  • minimum distance 1148ac corresponds to the distance that line 1148ac in FIG. 14 is from boundary 148ac
  • minimum distance 1148bd corresponds to the distance that line 1148bd in FIG. 14 is from boundary 148bd.
  • a beam bundle can be moved again along the trajectory 158a marked in FIG Line 1148ac and the boundary 148ac delimited portion of the portion to be consolidated 148a are sampled.
  • the procedure can also be the same as that described in connection with FIG. 11b.
  • a beam can be moved again along the trajectory 158b marked in FIG 1148bd and the boundary 148bd of the delimited section of the partial area 148b to be solidified are scanned.
  • the interruption period Atac and tbd are of different lengths, this usually results in different minimum distances 1148ac and 1 148bd.
  • the interruption period Atac corresponds to the time required for scanning the partial area 148b.
  • the interruption period tbd corresponds to the time required for scanning the sub-area 148c.
  • the time periods required for hardening of the partial areas 148b and 148c are the same, which means that the length is approximately the same of the interruption periods Atac and Atbd.
  • the minimum distances 1148ac and 1148bd can be chosen to be the same size.
  • FIG. 15 again shows a schematic vertical plan view of construction area 8.
  • construction area 8 has a square object cross-section 200, in the center of which there is also a square recess 210, where the construction material cannot be solidified.
  • the reference number 250 in the figure designates the inner contour line of the object cross section 200 to be solidified, that is to say the inner edge area which borders on the square recess 210 .
  • the fifth exemplary embodiment illustrates how the strengthening along the contour line (the edge area) can also be proceeded in an inventive way. Therefore, no details of the interior of the object cross section 200 are shown in FIG. 15 . This can be scanned, for example, in the manner described in connection with FIG.
  • FIG. 15 shows two trajectories 250a and 250b, along which a beam of rays is moved along the contour line 250 in order to solidify the building material there.
  • the contour line is divided into two partial areas to be strengthened, which are also denoted by the reference symbols 250a and 250b here for the sake of simplicity.
  • the trajectory 250a is run through first and then the trajectory 250b, with the two trajectories each starting at a boundary 250ab and meeting again at a boundary 250ab'.
  • an interruption period AtStart elapses between the start time of the scanning of the partial area 250a and the start time of the scanning of the partial area 250b.
  • the length of this interruption period AtStart corresponds to the time required for scanning the sub-area 250a.
  • the interruption period Atstart is greater than an allowable interruption period tmax.
  • the scanning along the trajectory does not start at the border 250ab, but rather in the partial area 250a at a minimum distance 1250 from the border 250ab. In this way, undesired shrinkage at the boundary 250ab can be counteracted.
  • the beam of rays hits the previously scanned area 250a at the boundary 250ab', whereby the points in the area 250a at the boundary 250ab' have already been able to cool down, since an interruption period AtEnde between the arrival of the beam at the boundary 250ab' when scanning the first portion 250a and the arrival of the beam at the boundary 250ab' when scanning the second portion 250b. Accordingly, when scanning the second sub-area 250b, it makes sense to move the beam bundle beyond the boundary 250ab' and to scan a section of the first sub-area 250a between the boundary 250ab' and the minimum distance 1250'.
  • the interruption periods AtBegin and AtEnd are essentially of the same size, since the lengths of the trajectories are also of the same size. Therefore, in the present exemplary embodiment, the minimum distances 1250 and 1250' are chosen to be the same.
  • FIGS. 11b and 12 schematically show a further possible embodiment of the procedure illustrated in FIGS. 11b and 12, which is appropriate when the trajectories in the first partial area (and also those in the second partial area) lie parallel to the boundary 118ab.
  • Figures 16a and 16b show enlarges the two sections of the subregions 118a and 118b to be consolidated that are adjacent to the boundary 118ab.
  • the trajectories 141a, 141b, 141c in section 118a of the first partial area to be consolidated and the trajectories 142a, 142b, 142c in section 118b of the second partial area to be consolidated are parallel to the boundary 118ab.
  • section 118a building material is scanned along trajectories 141a, 141b and 141c, trajectory 141c being scanned first, then trajectory 141b and finally trajectory 141a.
  • build material in portion 118b is scanned along trajectories 142a, 142b and 142c, scanning first trajectory 142c, then trajectory 142b, and finally trajectory 142c.
  • section 118a is sampled before section 118b.
  • the trajectory 141a is sampled as the last trajectory before the beginning of the interruption period At and the trajectory 142c as the first trajectory after the interruption period At.
  • a partial area is generally scanned using a significantly larger number of trajectories. If all trajectories except those closest to the boundary between the first and second portions are separated by a distance D, the average distance between the trajectories is substantially equal to D.
  • the distance D' between trajectories is 141a and 142c ie smaller than the average distance D of the trajectories of the first and second partial area.
  • FIG. 16b shows the sections 118a of the first partial area and 118b of the second partial area, the trajectories 142a, 142b, 142c, 141a, 141b and 141c and the boundary 118ab.
  • the example of Fig. 16b is intended to illustrate that the procedure in which all points in the first partial area whose distance to the border (118ab) is less than a predetermined minimum distance (1118) before the start of the scan or when scanning the points of the second partial area (118b) to be consolidated can also be described by reducing the distance between the trajectories closest to the boundary.
  • the trajectory 142c actually associated with the second partial region 118b in the first partial region 118a is at a smaller distance d2 from the boundary 118ab, and is greater than the distance d1 between the trajectory 141a and the boundary 118ab. Nevertheless, the distance D' between the trajectories 141a and 142c is smaller than the average distance D of the trajectories of the first and the second partial area.
  • the trajectory 142c By positioning the trajectory 142c in the first sub-area 118a, it can thus be automatically ensured that all points in the first sub-area (118a) to be consolidated whose distance from the boundary (118ab) is less than a predetermined minimum distance (1118) before the start of the Scanning or when scanning the locations of the second partial area (118b) to be solidified are scanned again. It should be noted here that in the example in FIG. 16b the locations in the first partial region 118a directly at the boundary 118ab are first scanned by means of the trajectory 142b.
  • a method and a device for generating a control data set that implement the procedure just described in connection with FIGS. 16a and 16b are analogous to the method and the device that were described in connection with FIGS. 9 and 10, which is why their description is not repeated here.
  • the manner described in connection with FIGS. 16a and 16b only has to be proceeded if the interruption period At exceeds a permissible interruption period tmax, since for short interruption periods At the cooling of the already scanned building material is not yet extensive enough to cause shrinkage effects.
  • the length of the still allowed Interruption period tmax can be determined, for example, by a few preliminary tests with the envisaged construction material before the start of the actual manufacturing process with the additive manufacturing device. If the interruption period At exceeds the permissible interruption period tmax, a distance D' between the trajectories 141a and 142c is defined in the method for generating a control data set.
  • the distance D′ can be related, in particular in a mathematical context, to the interruption period At.
  • the connection between the two parameters can in turn be determined by a few preliminary tests with the targeted construction material before the start of the actual manufacturing process with the additive manufacturing device.

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Abstract

Ein Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung, die eingerichtet ist, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld (8) mittels der Energieeintragsvorrichtung, weist die folgenden Schritte auf: einen ersten Schritt (Sl) des Zugriffs auf computerbasierte Modelldaten eines Objektquerschnitts des herzustellenden Objekts, einen zweiten Schritt (S2) des Erzeugens eines Datenmodells eines zur Herstellung des Objektquerschnitts zu verfestigenden Bereichs einer Aufbaumaterialschicht, wobei der zu verfestigende Bereich in eine Mehrzahl von Teilbereichen (8a, 8b) aufgespalten ist, wobei zumindest ein erster Teilbereich (8a) und ein zweiter Teilbereich (8b) an einer Grenze (8ab) aneinandergrenzen, wobei Stellen in dem ersten Teilbereich (8a) zeitlich abgestimmt zu Stellen in dem zweiten Teilbereich (8b) abgetastet werden, und einen dritten Schritt (S3), in dem unter Berücksichtigung des im zweiten Schritt erzeugten Datenmodells der Steuerdatensatz für die Energieeintragsvorrichtung generiert wird.

Description

Belichtungsstrategie an Scanfeldgrenzen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung, ein entsprechend angepasstes additives Herstellverfahren, eine entsprechende Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung, eine entsprechend angepasste additive Herstellvorrichtung und ein durch das entsprechend angepasste additive Herstellverfahren hergestelltes Objekt.
Additive Herstellvorrichtungen und zugehörige Verfahren sind allgemein dadurch charakterisiert, dass Objekte durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann beispielsweise herbeigeführt werden mittels Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial durch Bestrahlen desselben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung (z. B. Lasersintern (SLS) oder Laserschmelzen (SLM) oder Elektronenstrahlschmelzen. Die ursprünglich im Prototypenbau eingesetzten Vorrichtungen und Verfahren werden mittlerweile für die Serienfertigung eingesetzt, wofür sich der Begriff 'Additive Manufacturing" eingebürgert hat.
Insbesondere beim Additive Manufacturing ist es wichtig, die Objekte nicht nur mit hoher Präzision herzustellen, sondern ebenfalls innerhalb einer geringen Fertigungszeit. Die Fertigungszeit lässt sich dabei verringern, wenn zur Verfestigung der einem oder mehreren Objektquerschnitten in einer Schicht entsprechenden Stellen mehrere Strahlen, z. B. Laserstrahlen, zeitgleich eingesetzt werden.
WO 2016/110440 A1 beschreibt eine entsprechende Vorrichtung, bei der unterschiedlichen Bereichen einer Schicht unterschiedliche Laserstrahlen bzw. Scanner zugeordnet sind. Bei derartigen Mehrscanneranlagen ist oftmals ein Baufeld in mehrere Abschnitte aufgeteilt, wobei jedem der Scanner bzw. Laserstrahlen, einer der Abschnitte zugewiesen ist, damit dieser Scanner das Aufbaumaterial zur Verfestigung desselben in diesem Abschnitt abtasten kann.
Die Erfinder haben festgestellt, dass im Grenzbereich der Einwirkzonen verschiedener Laserstrahlen, also dort, wo die den Laserstrahlen zugewiesenen Abschnitte aneinandergrenzen, das Aufschmelzverhalten bzw. Verfestigungsverhalten des Aufbaumaterials geringfügig anders ist als in anderen Bereichen. Insbesondere konnten die Erfinder feststellen, dass an der Grenzlinie geringfügige Inhomogenitäten der Bauteileigenschaften auftreten, beispielsweise verschlechterte mechanische Eigenschaften.
Ebenso konnten die Erfinder beobachten, dass Inhomogenitäten auch bei Verwendung nur eines Laserstrahls auftreten können und zwar dann, wenn zwei zu verfestigende Schichtbereiche, die in der Bauebene aneinandergrenzen, mit zeitlichem Abstand zueinander belichtet werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels derer Objekte mittels eines additiven Herstellverfahrens mit verbesserter Qualität, insbesondere in kurzer Zeit, hergestellt werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein computergestütztes Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine Energieeintragsvorrichtung nach Anspruch 1 , ein Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung gemäß Anspruch 15 und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung gemäß Anspruch 32. Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben. Ein erfindungsgemäßes computergestütztes Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die additive Herstellvorrichtung eingerichtet ist, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds eine Anzahl von Strahlbündel-Emittern aufweist, von denen ausgehend eine Anzahl von Strahlbündeln auf das Baufeld gerichtet wird, weist die folgenden Schritte auf: einen ersten Schritt (S1 ) des Zugriffs auf computerbasierte Modelldaten eines Objektquerschnitts des herzustellenden Objekts, einen zweiten Schritt (S2) des Erzeugens eines Datenmodells eines zur Herstellung des Objektquerschnitts zu verfestigenden Bereichs einer Aufbaumaterialschicht, wobei in dem Datenmodell ein Abtasten von Stellen des zu verfestigenden Bereichs durch Bewegen eines Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in dem Baufeld spezifiziert wird, wobei in dem Datenmodell der zu verfestigende Bereich der Aufbaumaterialschicht in eine Mehrzahl von zu verfestigenden Teilbereichen aufgespalten ist, auf die jeweils ein Strahlbündel gerichtet wird, wobei es zumindest einen ersten zu verfestigenden Teilbereich und einen zweiten zu verfestigenden Teilbereich gibt, die im Baufeld an einer Grenze aneinandergrenzen, wobei spezifiziert ist, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten zu verfestigenden Teilbereich zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten zu verfestigenden Teilbereich abgetastet werden, und einen dritten Schritt (S3), in dem unter Berücksichtigung des im zweiten Schritt erzeugten Datenmodells der Steuerdatensatz für die Energieeintragsvorrichtung generiert wird. Das Verfahren kann insbesondere vollständig durch einen Computer ausgeführt werden, der alle Verfahrensschritte selbständig ohne Eingriff eines Bedieners ausführt.
Additive Herstellvorrichtungen und -verfahren, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind solche, bei denen Energie als elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung selektiv einer Schicht eines formlosen Aufbaumaterials zugeführt wird. Die Arbeitsebene (auch als Bauebene bezeichnet) ist dabei eine Ebene, in der die Oberseite der Schicht liegt, welcher die Energie zugeführt wird. Hierbei kann die Energieeintragsvorrichtung beispielsweise einen Laser aufweisen. Die dem Aufbaumaterial zugeführte Strahlung erwärmt dieses und bewirkt dadurch einen Sinter- oder Schmelzvorgang. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Lasersinter- und Laserschmelzvorrichtungen sowie die zugehörigen Verfahren. Beim Lasersintern oder Laserschmelzen kann eine Energieeintragseinrichtung beispielsweise einen oder mehrere Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Lasern wie z.B. Laserdioden, insbesondere VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) aufweisen. Insbesondere können die Diodenlaser auch in einer Zeile oder in Matrixform angeordnet sein.
Obwohl die Erfindung sowohl in Zusammenhang mit kunststoffbasiertem Aufbaumaterial als auch in Zusammenhang mit metallbasiertem Aufbaumaterial angewendet werden kann, ist eine Anwendung der Erfindung in Zusammenhang mit additiven Herstellverfahren und -Vorrichtungen, bei denen ein kunststoffhaltiges Aufbaumaterial verwendet wird, beispielsweise ein polymerbasiertes Aufbaumaterial, also ein Aufbaumaterial mit einem Polymergehalt von 55 Vol.-% oder mehr, insbesondere ein Polymerpulver, von besonderem Vorteil.
Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass mittels einer erfindungsgemäßen additiven Herstellvorrichtung nicht nur ein Objekt, sondern auch mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden können, indem in einer Schicht die Querschnitte von mehreren Objekten verfestigt werden. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von der Herstellung eines Objekts die Rede ist, dann versteht es sich, dass die jeweilige Beschreibung in gleicher Weise auch auf additive Herstellverfahren und -Vorrichtungen anwendbar ist, bei denen mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden.
In dieser Anmeldung wird der Begriff "Strahlbündel" anstelle von "Strahl" verwendet, um zum Ausdruck zu bringen, dass der Durchmesser des Strahls nicht notwendigerweise sehr klein sein muss, insbesondere wenn die Strahlung schräg auf das Aufbaumaterial auftrifft oder aber Strahlung verwendet wird, die beim Auftreffen auf das Aufbaumaterial bewusst einen größeren Flächenbereich abdecken soll.
Bei einem Strahlbündel-Emitter kann es sich beispielsweise um einen Scanner mit einem oder mehreren Galvanometerspiegeln zur Ablenkung eines Laserstrahls handeln. Unter Umständen können auch mehrere unterschiedliche Strahlbündel ein und demselben Strahlbündel-Emitter bzw. Scanner zugeordnet sein, die z.B. abwechselnd von diesem Strahlbündel-Emitter auf die Bauebene gerichtet werden, obwohl normalerweise einem Strahlbündel-Emitter genau ein auf die Bauebene zu richtendes Strahlbündel zugeordnet ist. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass in der vorliegenden Anmeldung der Begriff "Anzahl" stets im Sinne von "ein oder mehrere" zu verstehen ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Herstellung zumindest einer Anzahl von Querschnitten des Objekts, bevorzugt zur Herstellung des gesamten Objekts, die Energieeintragsvorrichtung jeweils basierend auf dem erzeugten Datenmodell eines Objektquerschnitts so angesteuert, dass den dem Objektquerschnitt entsprechenden zu verfestigenden Stellen durch die Energieeintragsvorrichtung die für eine Verfestigung des Aufbaumaterials notwendige Energie zugeführt wird. Insbesondere wird dabei die zeitliche Reihenfolge, in der die Stellen zu verfestigen sind, also Scanlinien bzw. Trajektorien in der Bauebene, entlang derer das Strahlbündel bewegt werden soll, vorgegeben und die Anzahl von Strahlbündel-Emittern zur Bewegung der ihnen zugeordneten Strahlbündel entsprechend angesteuert. Es sei erwähnt, dass in unterschiedlichen Teilbereichen unterschiedliche Strahlbündel verwendet werden können oder aber in diesen oder sogar in allen Teilbereichen ein und dasselbe Strahlbündel verwendet werden kann.
Eine in einem Datenmodell spezifizierte Trajektorie eines Strahls gibt eine Spur eines Strahls in der Bauebene beim Richten des Strahls auf das Aufbaumaterial vor. Eine bei der Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung vorgegebene Trajektorie eines Strahlbündels entspricht einer Verfestigungsbahn in der Bauebene, entlang derer das Aufbaumaterial durch Verlagerung des Schmelzbads in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Bauebene verfestigt werden soll. Dabei wird dem, bevorzugt pulverförmigen oder pastosen, Aufbaumaterial an einer Verfestigungsstelle durch das Strahlbündel soviel Energie zugeführt, dass das Aufbaumaterial an dieser Stelle infolge einer Überschreitung einer Schmelztemperatur aufschmilzt, um danach im abgekühlten Zustand nicht mehr formlos, sondern als Festkörper vorzuliegen. Verfestigungsbahnen sind dabei Bereiche, in denen beim Abtasten des Aufbaumaterials durch das Strahlbündel tatsächlich eine Verfestigung und nicht lediglich eine Vorerwärmung des noch formlosen Materials oder eine Nacherwärmung bereits aufgeschmolzenen Materials bewirkt wird. Insbesondere bei additiven Herstellverfahren, bei denen kunststoffbasiertes Aufbaumaterial verwendet wird und auf die sich die Erfindung bevorzugt bezieht, kann eine Vorheizung des Aufbaumaterials auf eine Arbeitstemperatur knapp unterhalb eines Schmelzpunkts des Aufbaumaterials stattfinden, bevor ein Strahlbündel auf das Aufbaumaterial zum (partiellen) Aufschmelzen desselben gerichtet wird.
Es gibt Fälle, in denen beim Bewegen eines Strahlbündels entlang der Verfestigungsbahn ein oder mehrere Richtungsänderungen stattfinden, insbesondere die Verfestigungsbahn geometrisch als gekrümmte Linie einer gewissen Breite vorliegt. Bevorzugt ist die Erfindung aber auf geradlinige, zumindest im Rahmen der apparativen Gegebenheiten geradlinige, Verfestigungsbahnen und Trajektorien gerichtet.
Wenn in dieser Anmeldung von einer Orientierung einer Trajektorie in der Bauebene die Rede ist, dann ist damit die Richtung gemeint, in der eine die Trajektorie überdeckende Gerade verläuft. Davon wird eine Abtastrichtung einer Trajektorie unterschieden, welche festlegt, in welcher Richtung entlang der Geraden das Strahlbündel bewegt wird.
Beim Abtasten der zu verfestigenden Stellen einer Schicht wird in der Regel zwischen einem Innenbereich und einem Randbereich (oftmals eine Randlinie, deren Breite in etwa dem Durchmesser des Strahlbündels entspricht) eines Objektquerschnitts unterschieden. Dabei wird die Innenbereichsfläche durch Bewegen des Strahlbündels entlang zueinander paralleler oder im Wesentlichen paralleler Trajektorien verfestigt. Die Fläche wird sozusagen schraffiert (englisch: "hatching"), weshalb die einzelnen Trajektorien auch als Hatchlinien bezeichnet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes kann eine Trajektorie eine sogenannte "Hatchlinie" beim Abtasten eines Innenbereichs eines Objektquerschnitts sein oder aber eine oben erwähnte Randlinie (auch als Konturlinie bezeichnet).
Die computerbasierten Modelldaten, auf die im ersten Schritt zugegriffen wird, enthalten eine geometrische Beschreibung (eines Querschnitts) des Objekts, also insbesondere ein dreidimensionales CAD-Modell, wobei es jedoch auch noch andere Möglichkeiten der geometrischen Beschreibung gibt, z.B. eine Beschreibung mittels eines Parametersatzes und einer Konstruktionsvorschrift. Wichtig ist in diesem Zusammenhang nur, dass durch die Modelldaten die geometrische Gestalt zumindest eines Querschnitts eines herzustellenden Objekts, dem eine Schicht des Aufbaumaterials, bevorzugt genau eine Schicht, zugeordnet ist, beschrieben wird.
Auch wenn der zweite Schritt auf die Erzeugung eines Datenmodells eines Objektquerschnitts Bezug nimmt, so versteht es sich, dass auch ein Datenmodell erzeugt werden kann, das sich auf eine Mehrzahl von Objektquerschnitten bezieht, also für mindestens einen, bevorzugt eine Mehrzahl, besonders bevorzugt alle diese Objektquerschnitte ein erfindungsgemäßes Abtasten von Orten des Objektquerschnitts mit einer Anzahl von Strahlbündeln spezifiziert. Voraussetzung hierfür ist, dass im ersten Schritt auf die entsprechenden computerbasierten Modelldaten dieser Objektquerschnitte zugegriffen wird. Insbesondere können auch Datenmodelle erzeugt werden, die sich auf eine Mehrzahl von Objektquerschnitten beziehen, welche unterschiedlichen Aufbaumaterialschichten zugeordnet sind. Gegebenenfalls kann auch ein Datenmodell des gesamten Objekts erzeugt werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes kann einem Verzug bzw. Schrumpf entgegengewirkt werden, der sich an der Grenze zwischen erstem und zweitem zu verfestigendem Teilbereich einstellt.
Bevorzugt können zu verfestigende Stellen an der Grenze in dem ersten zu verfestigenden Teilbereich mit einem vorab ermittelten material- und/oder prozessspezifischen maximalen Zeitabstand zu zu verfestigenden Stellen an der Grenze in dem zweiten zu verfestigenden Teilbereich abgetastet werden.
Weiter bevorzugt können zu verfestigende Stellen in dem ersten zu verfestigenden Teilbereich mit einem maximalen Zeitabstand zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten zu verfestigenden Teilbereich abgetastet werden, der kleiner oder gleich 200ms, bevorzugt kleiner oder gleich 100ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 50ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 20ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 10ms ist.
Bevorzugt können im ersten und im zweiten zu verfestigenden Teilbereich die Trajektorien jeweils im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Weiter bevorzugt können die Trajektorien im ersten und im zweiten zu verfestigenden Teilbereich unter einem Winkel zur Grenze verlaufen.
Der Winkel ist dabei von 0° verschieden und kann insbesondere 90° sein.
Weiter bevorzugt können im ersten und im zweiten zu verfestigenden Teilbereich die Trajektorien im Wesentlichen parallel zur Grenze verlaufen.
Weiter bevorzugt können die Trajektorien in den beiden zu verfestigenden Teilbereichen spiegelsymmetrisch zur Grenze angeordnet sein, wobei bevorzugt die Abtastrichtungen von Trajektorien in den beiden zu verfestigenden Teilbereichen, die spiegelsymmetrisch zur Grenze sind, ebenfalls spiegelsymmetrisch sind. Bevorzugt können Paare von Stellen, bevorzugt alle Paare von Stellen, beidseits der Grenze, deren Abstand zueinander geringer als das 1000-fache, bevorzugter geringer als das 500-fache, noch bevorzugter geringer als das 100-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 50-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 10-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 5-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 3-fache der Strahlbreite des Strahlbündels im ersten zu verfestigenden Teilbereich ist, zeitlich aufeinander abgestimmt verfestigt werden.
Die Strahlbreite kann hier als Ausdehnung eines Strahlbündels auf dem Baufeld senkrecht zur Bewegungsrichtung des Strahlbündels angesehen werden. Durch das beschriebene Vorgehen, können gerade Stellen beidseitig der Grenze, die durch Temperaturänderungen jenseits der Grenze stark beeinflusst werden, zeitlich aufeinander abgestimmt abgetastet werden.
Bevorzugt kann das Verfahren bei Objektquerschnitten angewandt werden, die während der Herstellung einen nach unten zeigenden Oberflächenbereich des Objekts aufweisen, bevorzugt zusätzlich bei der Verfestigung der beiden Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb solcher Objektquerschnitte, noch weiter bevorzugt zusätzlich bei der Verfestigung von vier Objektquerschnitten unmittelbar oberhalb eines Objektquerschnitts mit während der Herstellung nach unten zeigendem Oberflächenbereich.
Bevorzugt wird eine Abtastung der Stellen des zu verfestigenden Bereichs der Aufbaumaterialschicht Teilbereich für Teilbereich spezifiziert, wobei spezifiziert wird, dass nach einer Abtastung der Stellen des ersten zu verfestigenden Teilbereichs an der Grenze, bevorzugt nach einer Abtastung aller Stellen des ersten zu verfestigenden Teilbereichs, mit der Abtastung des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs, bevorzugt mit der Abtastung der Stellen des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs an der Grenze, erst nach dem Ende eines Unterbrechungszeitraums At begonnen wird, wobei wenn der Unterbrechungszeitraum At eine zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax überschreitet, die Abtastung der Stellen des zu verfestigenden Bereichs derart spezifiziert wird, dass ein Abstand D‘ zwischen der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im ersten zu verfestigenden Teilbereich und der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im zweiten zu verfestigenden Teilbereich kleiner ist als ein durchschnittlicher Abstand D zwischen den Trajektorien im ersten zu verfestigenden Teilbereich und/oder zwischen den Trajektorien im zweiten zu verfestigenden Teilbereich; und/oder alle Stellen in dem ersten zu verfestigenden Teilbereich, deren Abstand zur Grenze kleiner ist als ein vorgegebener Minimalabstand, vor Beginn der Abtastung oder bei der Abtastung der Stellen des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs nochmals abgetastet werden.
Mit anderen Worten, bei diesem Vorgehen gibt es zwei aneinandergrenzende zu verfestigende Teilbereiche, bei denen nach der Abtastung der Stellen des ersten zu verfestigenden Teilbereichs nicht sofort mit der Abtastung der Stellen des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs begonnen wird. Während des Unterbrechungszeitraums können insbesondere Stellen im Baufeld abgetastet werden, die nicht im ersten und zweiten zu verfestigenden Teilbereich liegen.
Bevorzugt bemisst sich der Unterbrechungszeitraums als Zeitraum, der zwischen der Beendigung der Abtastung von Stellen an der Grenze im ersten zu verfestigenden Teilbereich und dem Beginn der Abtastung von Stellen im zweiten zu verfestigenden Teilbereich, weiter bevorzugt von Stellen an der Grenze im zweiten zu verfestigenden Teilbereich, liegt.
Insbesondere können bei dem Vorgehen auch die Stellen im ersten und zweiten zu verfestigenden Teilbereich mit ein und demselben Strahlbündel abgetastet werden.
Bei der zulässigen Unterbrechungszeitspanne tmax handelt es sich um einen Zeitraum, innerhalb dessen eine Abkühlung (Temperaturerniedrigung) der im ersten zu verfestigenden Teilbereich abgetasteten Stellen stattfindet, wobei jedoch der Betrag der Temperaturerniedrigung als unschädlich für die Homogenität des Objekts an der Grenze zwischen den zu verfestigenden Teilbereichen angesehen wird. Was noch als unschädlich angesehen werden kann, kann beispielsweise durch wenige Vorversuche mit dem anvisierten Aufbaumaterial vor dem Start des eigentlichen Herstellungsvorgangs mit der additiven Herstellvorrichtung ermittelt werden. Resultierend aus den Vorversuchen kann dann z.B. bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Wert der zulässigen Unterbrechungszeitspanne tmax als Parameter vorgegeben werden (z.B. an einer Eingabeschnittstelle der Vorrichtung (des Computers) mittels derer (dessen) das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird). Mögliche Werte der Unterbrechungszeitspanne liegen in der Regel unterhalb von 120 ms, bevorzugt unterhalb von 100 ms und/oder oberhalb von 20 ms, bevorzugt oberhalb von 50 ms.
Der Minimalabstand zur Grenze ist ein Abstand, der jeweils senkrecht zum Verlauf der Grenze bestimmt wird. In dem ersten zu verfestigenden Teilbereich können unter Umständen auch Stellen nochmals abgetastet werden, die einen größeren Abstand als den Minimalabstand zur Grenze haben. Erfindungsgemäß sollten jedoch im Wesentlichen alle Stellen nochmals abgetastet werden, die einen geringeren Abstand als den Minimalabstand zur Grenze haben. Auch der Minimalabstand kann durch Vorversuche mit dem anvisierten Aufbaumaterial vor dem Start des eigentlichen Herstellungsvorgangs mit der additiven Herstellvorrichtung ermittelt werden und dann z.B. bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Parameter vorgegeben werden (z.B. an einer Eingabeschnittstelle der Vorrichtung (des Computers) mittels derer (dessen) das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird).
Gerade wenn die Trajektorien im ersten und zweiten Teilbereich im Wesentlichen parallel zur Grenze sind, bietet es sich an, einen Abstand (D‘) zwischen der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im ersten zu verfestigenden Teilbereich und der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im zweiten zu verfestigenden Teilbereich kleiner zu wählen als einen durchschnittlichen Abstand (D) zwischen den Trajektorien im ersten zu verfestigenden Teilbereich und/oder zwischen den Trajektorien im zweiten zu verfestigenden Teilbereich. Bevorzugt wird so vorgegangen, wenn die Überschreitung der Unterbrechungszeitspanne einen im Vorhinein ermittelten Schwellenwert (z.B. 5 s) nicht überschreitet. Ein Abstand zwischen zwei nebeneinander liegenden, im Wesentlichen zueinander parallelen, Trajektorien kann hierbei als ein minimaler Abstand zwischen den zwei Trajektorien definiert sein, d.h. als minimaler Abstand, den zwei Punkte, von denen einer auf der einen Trajektorie liegt und der andere auf der anderen Trajektorie liegt, haben können. Mit im Wesentlichen parallel ist hier gemeint, dass der Abstand lediglich innerhalb enger Grenzen schwankt, also z.B. in seinem Wert um weniger 10 % schwankt, bevorzugt um weniger als 5 % schwankt, noch bevorzugter um weniger als 2 % schwankt. .
Alternativ kann als Abstand zwischen zwei nebeneinander liegenden, im Wesentlichen zueinander parallelen, Trajektorien der Mittelwert aller Abstände zwischen den Punkten der ersten und der zweiten Trajektorie herangezogen werden. Ein Abstand eines Punktes auf einer Trajektorie zur benachbarten Trajektorie kann hierbei definiert werden als die Länge einer Strecke entlang eines Lots von der benachbarten Trajektorie zu diesem Punkt. Als durchschnittlicher Abstand zwischen den Trajektorien eines zu verfestigenden Teilbereichs kann der Mittelwert aus den Abständen zwischen jeweils zwei nebeneinanderliegenden Trajektorien des zu verfestigenden Teilbereichs herangezogen werden, sofern der Abstand der Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs nicht sowieso konstant ist.
Wenn nach Beendigung der Verfestigung des ersten zu verfestigenden Teilbereichs die Verfestigung der Stellen im zweiten zu verfestigenden Teilbereich an der Grenze erst nach einem Unterbrechungszeitraum At startet, dann kann sich das Material im ersten zu verfestigenden Teilbereich während des Unterbrechungszeitraums so stark abkühlen, dass es zu einem Schrumpf oder Verzug insbesondere an den Rändern des ersten zu verfestigenden Teilbereichs kommt. Bei dem soeben geschilderten Vorgehen wird sichergestellt, dass eine Verbindung des bereits verfestigten Aufbaumaterials im ersten zu verfestigenden Teilbereich mit dem noch unverfestigten Aufbaumaterial an der Grenze stattfindet, wodurch dem Verzug entgegengewirkt wird. Dies wird beispielsweise dadurch bewirkt, dass Stellen nahe der Grenze im ersten zu verfestigenden Teilbereich nochmals abgetastet werden, um dort die Temperatur zu erhöhen, wenn der Zeitraum, der zwischen Ende der Abtastung des ersten zu verfestigenden Teilbereichs und Beginn der Abtastung des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs liegt, zu groß ist. Die Temperatur kann an Stellen nahe an der Grenze erhöht werden und daraus folgend kann dem Verzug entgegengewirkt werden
Es sei hier hervorgehoben, dass Stellen im ersten zu verfestigenden Teilbereich nicht allein dadurch nochmals abgetastet werden können, dass ein Strahlbündel entlang einer ganz oder teilweise im ersten zu verfestigenden Teilbereich liegenden Trajektorie bewegt wird. Da das Strahlbündel nicht punktförmig ist, sondern stets eine gewisse Ausdehnung hat, kann man Aufbaumaterial im ersten zu verfestigenden Teilbereich auch dadurch abtasten, dass man ein Strahlbündel entlang einer Trajektorie bewegt, die nahe der Grenze ganz oder teilweise im zweiten zu verfestigenden Teilbereich liegt. In noch anderen Worten, Stellen im ersten zu verfestigenden Teilbereich, deren Abstand zur Grenze kleiner ist als ein vorgegebener Minimalabstand ist, können durch Bewegen eines Strahlbündels entlang einer Anzahl von Trajektorien abgetastet werden, die im ersten zu verfestigenden Teilbereich und/oder im zweiten zu verfestigenden Teilbereich verlaufen.
Bei der nochmaligen Abtastung der Stellen im ersten Arbeitsbereich wird dem Aufbaumaterial bevorzugt ein ähnlicher Energiebetrag zugeführt wie bei der erstmaligen Abtastung dieser Stellen. In manchen Fällen kann es aber bereits ausreichend sein, dem Aufbaumaterial einen geringeren Energiebetrag zuzuführen, z.B. durch Verringerung der Leistungsdichte im Strahlbündel oder durch Abänderung des Fokusdurchmessers oder durch eine Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit des Strahlbündels über das Baufeld.
Natürlich kann sich infolge der nochmaligen Abtastung von Stellen im ersten zu verfestigenden Teilbereich der tatsächliche Zeitraum, der letztendlich zwischen dem Ende der (erstmaligen) Abtastung des ersten zu verfestigenden Teilbereichs und dem Beginn der Abtastung des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs liegt, verlängern. Beim erfindungsgemäßen Vorgehen wird jedoch für die Entscheidung, ob Stellen im ersten zu verfestigenden Teilbereich nochmals abgetastet werden, der "ursprüngliche" Zeitraum ermittelt, der ohne nochmaliges Abtasten von Stellen im ersten zu verfestigenden Teilbereich vorliegen würde. Insbesondere kann ein Verzug an der Grenze auch dadurch verringert werden, dass ein Abstand (D‘) zwischen der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im ersten zu verfestigenden Teilbereich und der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im zweiten zu verfestigenden Teilbereich kleiner gewählt wird als ein durchschnittlicher Abstand (D) zwischen den Trajektorien im ersten zu verfestigenden Teilbereich und/oder zwischen den Trajektorien im zweiten zu verfestigenden Teilbereich. Beispielsweise könnte zusätzlich auch der Abstand von n der Grenze nächstgelegenen Trajektorien im zweiten Teilbereich, wobei eine natürliche Zahl größer Null ist auf den verringerten Abstand (D1) gesetzt werden.
Weiter bevorzugt kann ein umso kleinerer Abstand D‘ zwischen der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im ersten zu verfestigenden Teilbereich und der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im zweiten zu verfestigenden Teilbereich und/oder ein umso höherer Wert des Minimalabstands vorgegeben werden, je deutlicher der Unterbrechungszeitraum At die zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax überschreitet
In welcher Weise der Abstand zwischen zwei Trajektorien und/oder der Minimalabstand an das Ausmaß der Überschreitung der zulässigen Unterbrechungszeitspanne tmax anzupassen ist, kann wiederum durch Vorversuche mit dem anvisierten Aufbaumaterial vor dem Start des eigentlichen Herstellungsvorgangs mit der additiven Herstellvorrichtung ermittelt werden.
Beispielsweise kann bei einer zulässigen Unterbrechungszeitspanne tmax von 50 ms, für Polyamid als Aufbaumaterial und bei einem Unterbrechungszeitraum, der größer oder gleich 7 s und/oder kleiner oder gleich 15 s ist, der vorgegebene Mindestabstand zwischen 250 pm und 300 pm liegen, bei einem Unterbrechungszeitraum, der größer oder gleich 1 s und/oder kleiner oder gleich 7 s ist, der vorgegebene Mindestabstand zwischen 100 pm und 250 pm liegen. Entsprechend kann bei einem Unterbrechungszeitraum, der größer oder gleich 50 ms und/oder kleiner oder gleich 1 s ist, ein Abstand zwischen der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im ersten zu verfestigenden Teilbereich und der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im zweiten zu verfestigenden Teilbereich zwischen 150 pm und 225 pm gewählt werden, wenn angenommen wird, dass der durchschnittliche Abstand zwischen den Trajektorien im ersten und zweiten Teilbereich jeweils 20 pm beträgt.
Der Vorgehensweise liegt der Gedankengang zugrunde, dass mit zunehmender Länge des Unterbrechungszeitraums auch der Grad der Abkühlung der bereits verfestigten Stellen (der Wert der Temperaturerniedrigung) zunimmt.
In welcher Weise der Minimalabstand abhängig vom Ausmaß der Überschreitung der zulässigen Unterbrechungszeitspanne tmax zu erhöhen ist bzw. der Abstand zwischen der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im ersten zu verfestigenden Teilbereich und der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im zweiten zu verfestigenden Teilbereich zu verringern ist, kann wiederum durch Vorversuche mit dem anvisierten Aufbaumaterial vor dem Start des eigentlichen Herstellungsvorgangs mit der additiven Herstellvorrichtung ermittelt werden.
Ein an das Ausmaß der Überschreitung der zulässigen Unterbrechungszeitspanne angepasster Minimalabstand kann für die Erzeugung des Datenmodells ermittelt bzw. vorgegeben werden. Entsprechend kann im Datenmodell ein Abstand zwischen der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im ersten zu verfestigenden Teilbereich und der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im zweiten zu verfestigenden Teilbereich verringert werden. .
Entsprechend dem Minimalabstand werden Stellen im ersten zu verfestigenden Teilbereich bei der Abtastung des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs nochmals abgetastet, insbesondere werden Stellen im ersten zu verfestigenden Teilbereich nochmals abgetastet, die von der Grenze einen Abstand haben, der kleiner als der Minimalabstand ist.
Noch weiter bevorzugt kann bei der Vorgabe des Werts des Abstands D‘ zwischen der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im ersten zu verfestigenden Teilbereich und der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie im zweiten zu verfestigenden Teilbereich und/oder der Vorgabe des Werts des Minimalabstands eine lineare, logarithmische oder exponentielle Abhängigkeit des Abstands D' und/oder des Minimalabstands vom Ausmaß der Überschreitung der zulässigen Unterbrechungszeitspanne tmax zugrunde gelegt werden.
Der genaue funktionelle Zusammenhang kann durch Vorversuche mit dem anvisierten Aufbaumaterial vor dem Start des eigentlichen Herstellungsvorgangs mit der additiven Herstellvorrichtung ermittelt werden und dann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden.
Weiterhin kann es sich bei dem ersten zu verfestigenden Teilbereich und dem zweiten zu verfestigenden Teilbereich um einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt einer Konturlinie des Objektquerschnitts handeln.
Wenn dem ersten zu verfestigenden Teilbereich und dem zweiten zu verfestigenden Teilbereich ein erster Abschnitt und ein zweiter Abschnitt einer Konturlinie des Objektquerschnitts zugeordnet sind, dann bedeutet dies automatisch, dass der erste und der zweite Abschnitt aneinandergrenzen. Da der Randbereich zumindest eine Breite aufweist, die in etwa dem Durchmesser des Strahlbündels entspricht, ist die Grenze auch in diesem Falle nicht punktförmig. Insbesondere wird dabei der erste Abschnitt der Konturlinie mit einer ersten Trajektorie abgetastet und der zweite Abschnitt der Konturlinie mit einer zweiten Trajektorie abgetastet.
Gerade im Randbereich eines Objekts ist die Vermeidung von Inhomogenitäten im Material wichtig. Zum einen sind im Randbereich Inhomogenitäten in der Regel optisch sichtbar, zum anderen ist es der Randbereich eines Objekts ,der mit anderen Objekten wechselwirkt, so dass Inhomogenitäten im Randbereich oftmals zu vorzeitigem Verschleiß führen. Daher ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem alle Stellen im ersten Teilbereich, deren Abstand zur Grenze geringer ist als ein vorgegebener Mindestabstand, auf den Randbereich eines Objekts von besonderem Vorteil. Ein erfindungsgemäßes computergestütztes Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die additive Herstellvorrichtung eingerichtet ist, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds einen ersten Strahlbündel-Emitter aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter, von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter ein erster Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter ein zweiter Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze aneinandergrenzen, weist auf: einen ersten Schritt (S1 ) des Zugriffs auf computerbasierte Modelldaten zumindest eines Objektquerschnitts des herzustellenden Objekts, einen zweiten Schritt (S2) des Erzeugens zumindest eines Datenmodells eines zur Herstellung des zumindest einen Objektquerschnitts selektiv zu verfestigenden Bereichs einer Aufbaumaterialschicht, wobei in dem Datenmodell ein Abtasten von Orten des selektiv zu verfestigenden Bereichs in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in dem Baufeld spezifiziert wird, wobei spezifiziert wird, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich abgetastet werden, und einen dritten Schritt (S3), in dem unter Berücksichtigung des im zweiten Schritt erzeugten Datenmodells der Steuerdatensatz für die Energieeintragsvorrichtung generiert wird.
Mittels dieses Verfahrens zur Generierung eines Steuerdatensatzes ist es möglich, für die erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung einen jeweiligen Steuerdatensatz zu generieren, um das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung in seinen jeweiligen Varianten auszuführen.
In der Regel wird ein erfindungsgemäß erzeugter Steuerdatensatz von einer Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung verarbeitet, um ein entsprechendes schichtweises additives Herstellverfahren von Objekten mittels einer schichtweisen additiven Herstellvorrichtung, in der die Ansteuervorrichtung integriert ist oder der die Ansteuervorrichtung zugeordnet ist, durchzuführen. Insbesondere kann es sich dabei bei der Ansteuervorrichtung um eine Einheit innerhalb einer Steuereinrichtung handeln, die in einer additiven Herstellvorrichtung einen Herstellvorgang steuert. Dennoch sei betont, dass die Ansteuervorrichtung in gleicher Weise auch außerhalb der Steuereinrichtung vorhanden sein kann und über ein Netzwerk Signale mit der additiven Herstellvorrichtung, insbesondere mit der Energieeintragsvorrichtung, austauschen kann.
Die einzelnen Komponenten der Ansteuervorrichtung oder aber die gesamte Ansteuervorrichtung können dabei alleine durch Software oder aber alleine durch Hardware oder aber mittels einer Mischung aus Hardware und Software implementiert werden. Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig als Hardware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Softwaremodule realisiert sein. Ebenso können Schnittstellen sowohl aus Hardware- als auch aus Software-Komponenten bestehen, zum Beispiel in Form einer Standard-Hardware-Schnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatzzweck speziell konfiguriert wird. Außerdem können mehrere Schnittstellen auch in einer gemeinsamen Schnittstelle, beispielsweise einer Input-Output-Schnittstelle, zusammengefasst sein. Insbesondere wenn die Ansteuervorrichtung alleine mittels Software implementiert wird, kann die Ansteuervorrichtung in Gestalt eines Computerprogramms vorliegen. Bevorzugt wird dann solch ein Computerprogramm für einen Herstellvorgang durch die additive Herstellvorrichtung in deren Steuervorrichtung ausgeführt.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben ist die additive Herstellvorrichtung eingerichtet, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, weist die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds einen ersten Strahlbündel-Emitter auf, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter, von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, ist dem ersten Strahlbündel-Emitter ein erster Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet, auf den das erste Strahlbündel gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter ein zweiter Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet, auf den das zweite Strahlbündel gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze aneinandergrenzen, werden die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in dem Baufeld abgetastet, und wird die Energieeintragsvorrichtung so gesteuert, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich abgetastet werden.
Es wird in diesem Zusammenhang vorausgesetzt, dass die Stellen, auf die während eines additiven Herstellvorgangs ein Strahlbündel mittels eines Strahlbündel-Emitters gerichtet werden kann, durch konstruktive Maßnahmen (mittels Hardware und/oder Software) festgelegt sind. Der Bereich des Baufelds, in dem diese Stellen liegen, wird in diesem Zusammenhang als dem Strahlbündel-Emitter zugeordneter Arbeitsbereich angesehen. Damit kann der entsprechende Strahlbündel-Emitter aber auch nicht ein Strahlbündel auf andere Stellen des Baufelds richten, ohne dass vorher konstruktive Abänderungen (mittels Hardware und/oder Software) vorgenommen werden. In der Praxis können die Arbeitsbereiche durch die Ansteuer-Software der Strahlbündel- Emitter begrenzt werden. Mit anderen Worten, ohne solch eine Begrenzung per Software wären zwei Strahlbündel-Emitter oftmals in der Lage, einzelne Teilflächen des Baufelds oder gar das gesamte Baufeld gemeinsam zu erreichen.
Auch wenn sich die Erfindung bevorzugt auf das Vorhandensein von zwei Strahlbündel-Emittern bezieht, so ist sie in gleicher weise auch in Fällen anwendbar, in denen mehr als zwei Strahlbündel-Emitter vorhanden sind, insbesondere auch mehr als zwei Arbeitsbereiche vorhanden sind.
Bevorzugt haben in diesem Zusammenhang die Arbeitsbereiche eine Trapezgestalt, noch bevorzugter eine Paralellogrammgestalt, noch weiter bevorzugt eine rechteckige Gestalt. Weiter bevorzugt grenzen die Arbeitsbereiche so aneinander, dass zwei Seiten des ersten Arbeitsbereichs von zwei Geraden überdeckt werden, die ebenfalls zwei Seiten des zweiten Arbeitsbereichs überdecken.
Insbesondere wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung unter einer Trajektorie eine sogenannte "Hatchlinie" beim Abtasten eines Innenbereichs eines Objektquerschnitts verstanden.
Es wurde festgestellt, dass durch die beschriebene Vorgehensweise der beim Stand der Technik an der Grenze zwischen den Arbeitsbereichen der Strahlbündel-Emitter (Scanner) auftretende lokale Schwund reduziert werden kann. Die Erfinder führen dies darauf zurück, dass durch das beschriebene Vorgehen große Temperaturdifferenzen im Aufbaumaterial nahe der Grenze zwischen beiden Arbeitsbereichen vermieden werden, wodurch für eine hinreichende Verbindung mit dem Aufbaumaterial jenseits der Grenze gesorgt wird.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren bei der Verfestigung von Querschnitten des Objekts angewendet, die die Grenze zwischen dem ersten und zweiten Arbeitsbereich überdecken. Gerade wenn zu verfestigende Objektquerschnitte die Grenze überdecken, ist es wichtig, die Abtastung von Stellen beidseitig der Grenze zeitlich aufeinander abzustimmen, da dann Inhomogenitäten im verfestigten Material im Innern eines herzustellenden Objekts auftreten.
Bevorzugt werden zu verfestigende Stellen an der Grenze in dem ersten Arbeitsbereich mit einem vorab ermittelten material- und/oder prozessspezifischen maximalen Zeitabstand zu zu verfestigenden Stellen an der Grenze in dem zweiten Arbeitsbereich abgetastet.
Durch die beschriebene Vorgehensweise implementiert man eine zeitliche Abstimmung bei der Abtastung des Aufbaumaterials beidseitig der Grenze dadurch, dass eine Verfestigungsstelle in dem ersten Arbeitsbereich und eine Verfestigungsstelle in dem zweiten Arbeitsbereich mit einer zeitlichen Differenz abgetastet werden, die geringer als eine zulässige maximale Zeitdifferenz ist. Da auftretende Temperaturdifferenzen im Aufbaumaterial nahe der Grenze in hohem Maße davon beeinflusst werden, wie gut die Wärmeleitfähigkeit des Aufbaumaterials ist, ist die maximale Zeitdifferenz (der maximale Zeitabstand) von dem verwendeten Aufbaumaterial abhängig. In der Regel sind die Wärmeleiteigenschaften des Aufbaumaterials bekannt. Man kann jedoch auch durch eine begrenzte Anzahl von Vorversuchen die Wärmeleiteigenschaften des Aufbaumaterials (ggf. bei unterschiedlichen Temperaturen und/oder abhängig vom Aufschmelz- /Verfestigungszustand) untersuchen. Insbesondere kann auch berücksichtigt werden, welche Temperaturänderung des Aufbaumaterials durch ein auf das Aufbaumaterial auftreffendes Strahlbündel bewirkt wird. Dies kann insofern von Bedeutung sein, als bei Verwendung von polymerbasiertem Aufbaumaterial z.B. nur ein geringer Anteil der für das Aufschmelzen notwendigen Energie durch das Strahlbündel zugeführt wird, da das Aufbaumaterial flächig durch eine Flächenheizung auf eine Arbeitstemperatur knapp unterhalb einer Schmelztemperatur aufgeheizt wurde. Bei Verwendung von metallbasiertem Aufbaumaterial ist die durch das Strahlbündel bewirkte Temperaturerhöhung in der Regel deutlich größer, was auch zu einem anderen thermischen Verhalten führt. Bevorzugt werden zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich mit einem maximalen Zeitabstand zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich abgetastet, der kleiner oder gleich 200ms, bevorzugt kleiner oder gleich 100ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 50ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 20ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 10ms ist.
Ungeachtet der Tatsache, dass die Art des Aufbaumaterials einen Einfluss darauf hat, in wie hohem Maße die Abtastung des Aufbaumaterials beidseitig der Grenze zeitlich aufeinander abgestimmt werden muss, hat sich gezeigt, dass sich ein lokaler Schwund in der Regel hinreichend vermeiden lässt, wenn die Abtastung von Stellen beidseitig der Grenze mit einer zeitlichen Differenz stattfindet, die kleiner als 200 ms ist, worunter dann "zeitlich aufeinander abgestimmt" zu verstehen ist.
Bevorzugt werden zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich im Wesentlichen zeitgleich mit bezüglich der Grenze spiegelsymmetrischen zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich abgetastet.
Mit dem Begriff "im Wesentlichen zeitgleich" ist hier ein zeitlicher Abstand gemeint, der kleiner als 5 ms ist. Natürlich muss dieser zeitliche Abstand nicht konstant sein, sondern kann zeitlich variieren, solange der zeitliche Abstand von 5 ms nicht überschritten wird.
Bevorzugt verlaufen im ersten und im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorien jeweils im Wesentlichen parallel zueinander.
Bevorzugt verlaufen die Trajektorien in den beiden Arbeitsbereichen jeweils parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander. Der Ausdruck "im Wesentlichen parallel" soll dabei zum Ausdruck bringen, dass die Orientierungen zweier benachbarter Trajektorien einen Winkel zueinander haben können, der kleiner oder gleich 5° ist.
Weiter bevorzugt verlaufen die Trajektorien im ersten und im zweiten Arbeitsbereich unter einem Winkel zur Grenze. Auch wenn für den Winkel im Prinzip ein beliebiger Wert ungleich 0° oder 180° gewählt werden kann, so wird bevorzugt ein Winkel von 90° gewählt.
Weiter bevorzugt verlaufen im ersten und im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorien im Wesentlichen parallel zur Grenze.
Der Begriff "im Wesentlichen parallel zur Grenze" soll zum Ausdruck bringen, dass die Erstreckungsrichtung der Trajektorien um maximal 5° von der Erstreckungsrichtung der Grenze abweicht. Bevorzugt verlaufen die Trajektorien im Rahmen der apparativ vorgegebenen Randbedingungen exakt parallel zur Grenze.
Wenn in jedem der beiden Arbeitsbereiche benachbarte Trajektorien in entgegengesetzter Richtung abgetastet werden, dann wird bei der spezifizierten Vorgehensweise dafür gesorgt, dass in beiden Arbeitsbereichen der Übergang zur jeweils folgenden Trajektorie an der Grenze im Wesentlichen zeitgleich erfolgt.
Wenn in jedem der beiden Arbeitsbereiche benachbarte Trajektorien in der gleichen Richtung abgetastet werden, dann werden entweder in beiden Arbeitsbereichen die Startpunkte bei der Abtastung der Trajektorien an die Grenze gelegt oder in beiden Arbeitsbereichen die Endpunkte bei der Abtastung der Trajektorien an die Grenze gelegt. Auf diese Weise kann ebenfalls dafür gesorgt werden, dass Stellen der Schicht, die bezüglich der Grenze spiegelsymmetrisch zueinander liegen, im Wesentlichen zeitgleich abgetastet werden.
Weiter bevorzugt ist bei der Abtastung die Trajektorienabfolgerichtung im zweiten Arbeitsbereich bezüglich der Grenze spiegelsymmetrisch zur Trajektorienabfolgerichtung im ersten Arbeitsbereich.
Bei einem im Wesentlichen parallelen Verlauf der Trajektorien in jedem der beiden Arbeitsbereiche ist die Trajektorienabfolgerichtung die Richtung, in der die Trajektorien in jedem der Arbeitsbereiche nacheinander abgetastet werden, die Trajektorienabfolgerichtung steht also insbesondere senkrecht auf den Trajektorien. Im Normalfall werden dabei nebeneinander liegende Trajektorien zeitlich unmittelbar nacheinander abgetastet. Durch diese zeitliche Abstimmung der Abtastreihenfolge der Trajektorien beidseitig der Grenze kann bewirkt werden, dass der zeitliche Abstand der Abtastung von Stellen beidseits der Grenze im Rahmen bleibt. Insbesondere kann bewirkt werden, dass starke Schwankungen dieses zeitlichen Abstands vermieden werden.
Weiter bevorzugt zeigt sowohl im ersten Arbeitsbereich als auch im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorienabfolgerichtung von der Grenze weg.
Wenn im ersten und im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorien im Wesentlichen parallel zur Grenze verlaufen, dann steht eine Trajektorienabfolgerichtung, also eine Richtung, in der die Trajektorien nacheinander abgetastet werden, in beiden Arbeitsbereichen im Wesentlichen senkrecht auf der Grenze. Wenn dann beide Trajektorienabfolgerichtungen von der Grenze weg zeigen, bedeutet dies nichts anderes als dass mit der Abtastung der Trajektorien - bevorzugt zeitgleich - an der Grenze begonnen wird. Durch dieses Vorgehen kann besonders gut sichergestellt werden, dass Stellen der Schicht, die bezüglich der Grenze spiegelsymmetrisch zueinander liegen, im Wesentlichen zeitgleich abgetastet werden. Wenn es bei der Abtastung der Trajektorien nacheinander im Laufe der zeit dazu kommen sollte, dass in einem Arbeitsbereich die Trajektorien geringfügig schneller abgetastet werden aufgrund einer geringfügig anderen Abtastgeschwindigkeit oder Trajektorienlänge, dann führt die soeben beschriebene Vorgehensvariante dazu, dass ein größerer zeitlicher Abstand bei der Abtastung von Stellen, die spiegelsymmetrisch zur Grenze liegen, erst bei Trajektorien auftritt, die einen größeren Abstand zur Grenze aufweisen. Bei einem größeren Abstand einer zu verfestigenden Stelle zur Grenze ist aber, wenn diese Stelle verfestigt wird, die Beeinflussung der Temperatur des Aufbaumaterials jenseits der Grenze nicht so groß.
Weiter bevorzugt kann für den Fall, dass im ersten und im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorien im Wesentlichen senkrecht zur Grenze verlaufen, die Trajektorienabfolgerichtung so gewählt werden, dass jeweils Trajektorien, deren Mitte (in Verlaufsrichtung der Trajektorien) einen größeren Abstand zur Grenze aufweist, nach Trajektorien, deren Mitte (in Verlaufsrichtung der Trajektorien) einen geringeren Abstand zur Grenze aufweist, abgetastet werden.
Gerade bei Objektquerschnitten deren Ausdehnung senkrecht zur Grenze in beiden Arbeitsbereichen unterschiedlich groß ist und sich beim Fortschreiten entlang der Grenze, bevorzugt über den gesamten Objektquerschnitt hinweg, monoton ändert, kann dies zu einer homogeneren Verfestigung führen. Die unterschiedliche Ausdehnung des Objektquerschnitts in den beiden Arbeitsbereichen führt zu unterschiedlichen Zeitdauern in beiden Arbeitsbereichen, die für die Abtastung benötigt werden. Dies erschwert die zeitliche Abstimmung bei der Abtastung und kann tendenziell dazu führen, dass der zeitliche Abstand der Abtastung bezüglich der Grenze einander gegenüberliegender Stellen sich in den Bereichen des Querschnitts, in denen die Ausdehnung senkrecht zur Grenze sehr unterschiedlich ist, sich deutlich erhöht. Beim soeben beschriebenen Vorgehen werden solche Bereiche zu einem möglichst späten Zeitpunkt abgetastet, damit in Bereichen, in denen die Ausdehnung des Querschnitts senkrecht zur Grenze nicht so groß ist, der zeitliche Abstand der Abtastung bezüglich der Grenze einander gegenüberliegender Stellen (noch) nicht so groß ist.
Weiter bevorzugt sind die Trajektorien in den beiden Arbeitsbereichen spiegelsymmetrisch zur Grenze angeordnet sind, wobei bevorzugt die Abtastrichtungen von Trajektorien in den beiden Arbeitsbereichen, die spiegelsymmetrisch zur Grenze sind, ebenfalls spiegelsymmetrisch.
Mit spiegelsymmetrischer Anordnung der Trajektorien ist gemeint, dass die Richtungen, in denen sich die Trajektorien beidseits der Grenze erstrecken, spiegelsymmetrisch zueinander sind. Die spiegelsymmetrische Anordnung der Trajektorien führt dazu, dass für eine besonders homogene Aufheizung und Abkühlung des Aufbaumaterials gesorgt werden kann. Wenn dabei auch die Bewegungsrichtungen des ersten und des zweiten Strahlbündels bei der Abtastung der Trajektorien im ersten und zweiten Arbeitsbereich spiegelsymmetrisch zueinander gewählt werden, lässt sich die Homogenität noch weiter verbessern. Bevorzugt kann vor und/oder während und/oder nach der Abtastung einer Anzahl von Trajektorien in einem der beiden Arbeitsbereiche eine Wartezeit eingefügt werden.
Bei Objektquerschnitten, deren Ausdehnung senkrecht zur Grenze in beiden Arbeitsbereichen unterschiedlich groß ist, kann eine unterschiedlich lange Zeitdauer resultieren, die für die Abtastung der Trajektorien benötigt wird. Dies kann dazu führen, dass der zeitliche Abstand der Abtastung einander bezüglich der Grenze gegenüberliegender Stellen im Laufe der Zeit groß wird. Dem kann durch die Einfügung von Wartezeiten entgegen gewirkt werden. Insbesondere kann durch die Einfügung von Wartezeiten für eine spiegelsymmetrische Abtastung von Trajektorien beidseits der Grenze, also eine im Wesentlichen zeitgleiche Abtastung von bezüglich der Grenze spiegelsymmetrischen Stellen, gesorgt werden. Hierzu kann z.B. bei der Abtastung der kürzeren Trajektorie die Wartezeit vor oder nach der Abtastung der Trajektorie eingefügt werden. Natürlich kann man auch alternativ oder zusätzlich die Abtastgeschwindigkeit der kürzeren Trajektorie geringer wählen als jene der längeren Trajektorie. Allerdings ist solch ein Vorgehen dann komplizierter, da sich mit der Änderung der Abtastgeschwindigkeit auch die eingetragene Energiemenge ändert, was in der Regel durch eine entsprechende Anpassung der Strahlungsleistung kompensiert werden muss.
Bevorzugt wird im Falle des Vorhandenseins mehrerer nicht zusammenhängender Objektquerschnittsbereiche, die jeweils die Grenze überdecken, in zumindest einem der beiden Arbeitsbereiche nach und/oder vor einem im Wesentlichen vollständigen Abtasten eines Objektquerschnittbereichs eine Wartezeit vorgesehen.
Ein Objektquerschnittsbereich kann hier ein Teilbereich eines Objektquerschnitts eines Objekts sein, der nicht mit anderen Teilbereichen des Objektquerschnitts verbunden ist - nicht mit diesen zusammenhängt. Alternativ kann ein Objektquerschnittsbereich auch einem vollständigen Querschnitt eines Objekts entsprechen. In letzterem Fall wird das Verfahren in Zusammenhang mit einer additiven Herstellvorrichtung angewandt, die eingerichtet ist, während eines Herstellvorgangs eine Mehrzahl von dreidimensionalen Objekten mit zeitlicher Überschneidung herzustellen. Abgesehen davon kann aber auch bei Vorhandensein einer Mehrzahl von Objekten zumindest eines der Objekte einen Objektquerschnitt aufweisen, der aus einer Mehrzahl von nicht zusammenhängenden Objektquerschnittsbereichen besteht.
Bei Objektquerschnitten, deren Ausdehnung senkrecht zur Grenze in beiden Arbeitsbereichen unterschiedlich groß ist, kann eine unterschiedlich lange Zeitdauer resultieren, die für die Abtastung der Trajektorien benötigt wird. Dies kann dazu führen, dass auch bei der zeitlich nachfolgenden Abtastung weiterer Objektquerschnittsbereiche ein zeitlicher Abstand bei der Abtastung einander bezüglich der Grenze gegenüberliegender Stellen groß ist, selbst wenn die nachfolgenden Objektquerschnittsbereiche symmetrisch zur Grenze liegen. Dem kann dadurch entgegengewirkt werden, dass bei der Abtastung eines asymmetrisch zur Grenze liegenden Objektquerschnittsbereichs eine Wartezeit vor Beginn der Abtastung der Trajektorien in dem Arbeitsbereich mit dem geringeren Flächenanteil am Objektquerschnittsbereich eingefügt wird. Alternativ oder zusätzlich könnte eine Wartezeit aber auch nach Beendigung der Abtastung der Trajektorien in dem Arbeitsbereich mit dem geringeren Flächenanteil eingefügt werden. Die Wartezeit wird dabei bevorzugt so bemessen, dass die Abtastung der Trajektorien des zeitlich nachfolgenden Objektquerschnittsbereichs in beiden Arbeitsbereichen möglichst zeitgleich, zumindest aber mit geringem zeitlichem Abstand, startet. Mit diesem Vorgehen kann vermieden werden, dass bei der Verfestigung eines Objektquerschnittsbereichs eine unterschiedliche Abtastdauer in beiden Arbeitsbereichen sich bei der Verfestigung von zeitlich nachfolgenden Objektquerschnittsbereichen fortpflanzt. Es kann also ein geringer, bevorzugt verschwindender, Zeitunterschied zwischen den beiden Strahlbündeln jeweils bei Beginn der Abtastung zeitlich nachfolgender Objektquerschnittsbereiche erreicht werden.
Es sei noch bemerkt, dass beim obigen Vorgehen sich die Formulierung "vor dem Beginn der Abtastung eines Objektquerschnittsbereichs oder nach dem Ende der Abtastung eines Objektquerschnittsbereichs" unberücksichtigt lässt, ob bereits eine Kontur eines Objektquerschnittsbereichs abgetastet wurde oder noch abzutasten ist. Das Vorgehen bezieht sich auf sogenannte Hatchlinien zur Verfestigung von Innenbereichen eines Objektquerschnitts.
Bevorzugt werden Paare von Stellen, bevorzugt alle Paare von Stellen, beidseits der Grenze, deren Abstand zueinander geringer als das 1000-fache, bevorzugter geringer als das 500-fache, noch bevorzugter geringer als das 100-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 50-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 10-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 5-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 3-fache der Strahlbreite des ersten Strahlbündels auf das Aufbaumaterial im ersten Arbeitsbereich ist, zeitlich aufeinander abgestimmt verfestigt.
Die Strahlbreite kann hier als Ausdehnung eines Strahlbündels auf dem Baufeld senkrecht zur Bewegungsrichtung des Strahlbündels angesehen werden. Durch das beschriebene Vorgehen, können gerade Stellen beidseitig der Grenze, die durch Temperaturänderungen jenseits der Grenze stark beeinflusst werden, zeitlich aufeinander abgestimmt abgetastet werden.
Bevorzugt sind die Abtastrichtungen der Trajektorien in einer auf eine erste Schicht nachfolgenden zweiten Schicht um einen Winkel T gegenüber jenen der ersten Schicht verdreht, wobei die Drehrichtung im ersten Arbeitsbereich entgegengesetzt zur Drehrichtung im zweiten Arbeitsbereich ist.
Für die mechanischen Eigenschaften des herzustellenden Objekts kann es vorteilhaft sein, wenn Trajektorien in aufeinanderfolgenden Schichten nicht parallel zueinander liegen. Im Stand der Technik ist daher ein Vorgehen bekannt, bei dem jeweils die Trajektorien einer Schicht gegenüber den Trajektorien in der vorangegangenen Schicht um einen bestimmten Winkel gedreht werden.
Die erste Schicht und die zweite Schicht beziehen sich im vorliegenden Fall auf beliebige aufeinanderfolgende, bevorzugt unmittelbar aufeinanderfolgende, Schichten. Die erste Schicht ist daher nicht zwingend mit der alleruntersten selektiv zu verfestigenden Schicht gleichzusetzen. Bei dem hier bevorzugten Vorgehen werden unterschiedlich zum Stand der Technik nicht alle einer Schicht oder einem die Grenze überdeckenden Objektquerschnitt zugeordneten Trajektorien um den gleichen Winkel gedreht. Durch die spiegelsymmetrische Verdrehung der Trajektorien in den beiden Arbeitsbereichen wird erreicht, dass eine bereits für die erste Schicht vorgenommene Festlegung der Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien ohne Änderung in nachfolgenden Schichten übernommen werden kann. Die Trajektorienabfolgerichtungen werden also symmetrisch zur Grenze verdreht. Dabei kann auch die Abfolge der Richtungen, in der benachbarte Trajektorien durchlaufen werden (parallel oder antiparallel) unverändert beibehalten werden kann.
Bevorzugt wird das Verfahren bei der Verfestigung von Objektquerschnitten angewandt, die während der Herstellung einen nach unten zeigenden Oberflächenbereich des Objekts aufweisen, bevorzugt zusätzlich bei der Verfestigung der beiden Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb solcher Objektquerschnitte, noch weiter bevorzugt zusätzlich bei der Verfestigung von vier Objektquerschnitten unmittelbar oberhalb eines Objektquerschnitts mit während der Herstellung nach unten zeigendem Oberflächenbereich.
Gerade in Bereichen eines herzustellenden Objekts, die während der Herstellung nach unten, also in Richtung der Bauplattform bzw. entgegen der Richtung der Abfolge der Schichten beim Herstellvorgang, zeigen, sogenannten Downskin- Bereichen, können Inhomogenitäten bzw. Temperaturzyklen beim Aufschmelzen des Aufbaumaterials zu Unregelmäßigkeiten an der nach unten zeigenden Oberfläche führen. Zu solchen Bereichen zählen nicht unbedingt nur unmittelbar an der nach unten zeigenden Oberfläche liegende Stellen, sondern manchmal auch Stellen in einem gewissen Abstand zur Oberfläche, da beim Aufschmelzen dieser eigentlich von der Oberfläche entfernt gelegenen Stellen sich infolge der Wärmeleitung noch Auswirkungen an der nach unten zeigenden Oberfläche nachweisen lassen.
Bei einem erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts wird das Objekt mittels einer additiven Herstellvorrichtung hergestellt durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, weist die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds einen ersten Strahlbündel-Emitter auf, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter, von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, ist dem ersten Strahlbündel-Emitter ein erster Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet, auf den das erste Strahlbündel gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter ein zweiter Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet, auf den das zweite Strahlbündel gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze aneinandergrenzen, werden die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in dem Baufeld abgetastet, und wird die Energieeintragsvorrichtung mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung gesteuert.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts wird das Objekt mittels einer additiven Herstellvorrichtung hergestellt durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds eine Anzahl von Strahlbündel-Emittern aufweist, von denen ausgehend eine Anzahl von Strahlbündeln auf das Baufeld gerichtet wird, wobei die Energieeintragsvorrichtung durch einen Steuerdatensatz gesteuert wird, der mittels eines der oben angeführten erfindungsgemäßen Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes generiert wurde.
Bei dem Aufbaumaterial handelt es sich bevorzugt um ein pulverförmiges oder pastoses Material. Bevorzugt wird dieses durch die Zufuhr der Strahlungsenergie aufgeschmolzen, um nach Abkühlung im verfestigten Zustand vorzuliegen. Bevorzugt wird bei den additiven Herstellverfahren, auf die sich die vorliegende Anmeldung bezieht, polymerbasiertes Aufbaumaterial verwendet.
Unter polymerbasiertem Aufbaumaterial wird, wie bereits erwähnt, ein Aufbaumaterial mit einem Polymergehalt von 55 Vol.-% oder mehr, insbesondere ein Polymerpulver, verstanden. Obwohl bei Verwendung von polymerbasiertem Aufbaumaterial die zu verfestigende Schicht vor Einwirkung des Strahlbündels auf eine Arbeitstemperatur gebracht wird, die nur geringfügig unterhalb der beim Aufschmelzen vorhandenen Temperatur liegt, konnten die Erfinder feststellen, dass dennoch durch das erfindungsgemäße Vorgehen die Homogenität der hergestellten Objekte verbessert werden kann.
Das polymerbasierte pastose oder pulverförmige Aufbaumaterial kann beispielsweise mindestens eines der Polymere, das aus der aus folgenden Polymeren gebildeten Gruppe ausgewählt ist, enthalten: Polyetherimide, Polycarbonate, Polyphenylsulfone, Polyphenyloxide, Polyethersulfone, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisate, Polyacrylate, Polyester, Polyamide, Polyaryletherketone, Polyether, Polyurethane, Polyimide, Polyamidimide, Polyolefine, Polystyrole, Polyphenylsulfide, Polyvinylidenfluoride, Polyamidelastomere wie Polyetherblockamide sowie Copolymere, welche mindestens zwei verschiedene Monomereinheiten der vorgenannten Polymere enthalten. Geeignete Polyesterpolymere oder Copolymere können aus der aus Polyalkylenterephtholaten (z.B. PET, PBT) und deren Copolymeren bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Geeignete Polyolefinpolymere oder Copolymere können aus der aus Polyethylen und Polypropylen bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Geeignete Polystyrolpolymere oder Copolymere können aus der aus syndiotaktischen und isotaktischen Polystyrolen bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Das pulverförmige Aufbaumaterial kann zusätzlich oder alternativ mindestens ein Polyblend auf der Basis von mindestens zwei der vorgenannten Polymere und Copolymere enthalten. Dabei können mit dem Kunststoff als Matrix auch noch Zusatzstoffe, z.B. Rieselhilfen, Füllstoffe, Pigmente, etc. vorhanden sein. Bevorzugt werden bei dem additiven Herstellverfahren Schichten, die zur Ausbildung eines Objektquerschnitts mit einem während der Herstellung nach unten zeigenden Oberflächenbereich des Objekts selektiv verfestigt werden, bevorzugt zusätzlich Schichten, die zur Ausbildung der beiden Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb solch eines Objektquerschnitte selektiv verfestigt werden, noch weiter bevorzugt zusätzlich Schichten, die zur Ausbildung der vier Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb eines Objektquerschnitts mit während der Herstellung nach unten zeigendem Oberflächenbereich selektiv verfestigt werden, mit einem Bruchteil der Normschichtauftragsdicke, bevorzugt der halben Normschichtauftragsdicke, aufgetragen.
Unter einer Normschichtauftragsdicke wird hier die Dicke des Aufbaumaterials verstanden, mit der dieses standardmäßig bei einem Herstellvorgang aufgetragen wird. Die Normschichtauftragsdicke ist so gewählt, dass nach Verfestigung einer Aufbaumatenalschicht dieser Dicke eine verfestigte Schicht vorliegt, deren Schichtdicke der Dicke der Objektquerschnitte bei der Zerlegung eines CAD-Modells des herzustellenden Objekts in Objektquerschnitte, denen bei der Herstellung die Aufbaumatenalschichten zugeordnet sind, entspricht. Bei dem Bruchteil kann es sich z.B. um den Wert 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/8, 1/10, 2/3, 3/4 handeln.
Indem in Downskin-Bereichen das Aufbaumaterial mit verringerter Schichtdicke aufgetragen und verfestigt wird, verbessert sich in diesen Bereichen die Homogenität der während der Herstellung nach unten zeigenden Oberfläche, da infolge der verringerten Dicke weniger Material aufgeschmolzen werden muss und dadurch die Temperaturunterschiede infolge der geringeren eingetragenen Energiemenge geringer sind. Damit kann unterstützend zum erfindungsgemäßen Vorgehen bei der Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung für eine verbesserte Qualität der während der Herstellung nach unten zeigenden Oberflächen gesorgt werden, insbesondere in Fällen, in denen die Trajektorien im ersten und zweiten Arbeitsbereich aufgrund anderer Randbedingungen nicht in erfindungsgemäß idealer Weise abgetastet werden können. Eine erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die additive Herstellvorrichtung eingerichtet ist, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds einen ersten Strahlbündel-Emitter aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter, von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel auf das Baufeldgerichtet wird, wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter ein erster Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter ein zweiter Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze aneinandergrenzen, weist eine Abtast-Steuereinheit auf, die so eingerichtet ist, dass sie die Energieeintragsvorrichtung veranlasst, die Verfestigungsstellen in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in dem Baufeld abzutasten, wobei die Abtast-Steuereinheit die Bewegungen des ersten und zweiten Strahlbündels so koordiniert, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich abgetastet werden.
Die Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung ist in der Lage, das oben beschriebene Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung, bei dem die Richtung der Bewegungsvektoren entlang der Trajektorien festgelegt wird, umzusetzen. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, also insbesondere die Abtast-Steuereinheit, oder aber die gesamte Ansteuervorrichtung können dabei alleine durch Software oder aber alleine durch Hardware oder aber mittels einer Mischung aus Hardware und Software implementiert werden. Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig als Hardware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Softwaremodule realisiert sein. Ebenso können Schnittstellen sowohl aus Hardware- als auch aus Software-Komponenten bestehen, zum Beispiel in Form einer Standard-Hardware-Schnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatzzweck speziell konfiguriert wird. Außerdem können mehrere Schnittstellen auch in einer gemeinsamen Schnittstelle, beispielsweise einer Input-Output-Schnittstelle, zusammengefasst sein.
Insbesondere kann es sich bei der Ansteuervorrichtung um eine Einheit innerhalb einer Steuereinrichtung handeln, die in einer additiven Herstellvorrichtung einen Herstellvorgang steuert. Dennoch sei betont, dass die Ansteuervorrichtung in gleicher Weise auch außerhalb der Steuereinrichtung vorhanden sein kann und über ein Netzwerk Signale mit der additiven Herstellvorrichtung, insbesondere mit der Energieeintragsvorrichtung, austauschen kann. Insbesondere wenn die Ansteuervorrichtung alleine mittels Software implementiert wird, kann die Ansteuervorrichtung in Gestalt eines Computerprogramms vorliegen. Bevorzugt wird dann solch ein Computerprogramm für einen Herstellvorgang durch die additive Herstellvorrichtung in deren Steuervorrichtung ausgeführt.
Eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die additive Herstellvorrichtung weist auf: eine Schichtaufbringvorrichtung, die geeignet ist, eine Schicht eines
Aufbaumaterials auf eine bereits vorhandene, bevorzugt bereits selektiv verfestigte, Aufbaumaterialschicht aufzubringen, und eine Energieeintragsvorrichtung, die geeignet ist, Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zuzuführen, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds einen ersten Strahlbündel-Emitter aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet werden kann, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter, von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel auf das Baufeld gerichtet werden kann, wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter ein erster Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter ein zweiter Arbeitsbereich in dem Baufeld zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze aneinandergrenzen, wobei die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in dem Baufeld abgetastet werden, wobei die erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung eine erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung aufweist und/oder mit einer erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung signaltechnisch verbunden ist.
Wie bereits weiter oben erwähnt, können in der Praxis die Arbeitsbereiche durch die Ansteuer-Software der Strahlbündel-Emitter festgelegt werden. Mit anderen Worten, abgesehen von solch einer Festlegung per Software können zwei Strahlbündel- Emitter in der Lage sein, einzelne Teilflächen des Baufelds oder gar das gesamte Baufeld gemeinsam zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf additive Herstellvorrichtungen begrenzt, in denen lediglich zwei Strahlbündel-Emitter vorhanden sind. Sie lässt sich auch in Zusammenhang mit Herstellvorrichtungen anwenden, in denen mehr als zwei Strahlbündel-Emitter vorhanden sind. Im letztgenannten Fall wird dann für zwei Strahlbündel-Emitter vorgegangen, deren Arbeitsbereiche aneinandergrenzen, in der erfindungsgemäßen Weise.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren. Fig. 1 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß der Erfindung.
Fig. 2 zeigt in schematischer Weise eine schräge Draufsicht auf das Baufeld.
Fig. 3 zeigt in schematischer Weise eine Draufsicht auf das Baufeld mit Blickrichtung senkrecht zur Bauebene zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Vorgehen.
Fig. 4 zeigt eine erste Variante eines zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Vorgehen.
Fig. 5 zeigt eine zweite Variante eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Vorgehen.
Fig. 6 veranschaulicht eine Variante des Vorgehens im Falle des Vorhandenseins von mehreren zu verfestigenden Objektquerschnitten in einer Schicht.
Fig. 7 veranschaulicht ein Vorgehen bei schräg zur Grenze verlaufenden Trajektorien.
Fig. 8 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung.
Fig. 9 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Bereitstellung von Steuerdaten.
Fig. 10 veranschaulicht den Ablauf eines Verfahrens zur Bereitstellung von Steuerdaten.
Fig. 11a und 11 b veranschaulichen schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 12 zeigt eine Variante des in Fig. 11 b veranschaulichten Vorgehens.
Fig. 13 zeigt eine weitere Variante des in Fig. 11 b veranschaulichten Vorgehens.
Fig. 14 veranschaulicht schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 15 veranschaulicht schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 16a und 16b veranschaulichen schematisch eine weitere erfindungsgemäße Vorgehensweise.
Für eine Beschreibung der Erfindung soll zunächst nachfolgend am Beispiel einer Lasersinter- oder -Schmelzvorrichtung eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben werden.
Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 eine Prozesskammer oder Baukammer 3 mit einer Kammerwandung 4. In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Baubehälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 5 ist eine Arbeitsebene 7 (auch Bauebene genannt) definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 7, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld 8 bezeichnet wird.
In dem Baubehälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer T räger 10 angeordnet, an dem eine Grundplatte 11 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 11 kann eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein, die an dem Träger 10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 10 ausgebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 11 noch eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 11 selber aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In Fig. 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 12 zu bildende Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 13.
Die Lasersinter- oder -Schmelzvorrichtung 1 enthält weiterhin einen Vorratsbehälter 14 für ein Aufbaumaterial 15, in diesem Beispiel ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares Pulver, und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 16 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 15 innerhalb des Baufelds 8. Optional kann in der Prozesskammer 3 eine Heizvorrichtung, z.B. eine Strahlungsheizung 17 angeordnet sein, die zum Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials dient. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein.
Die beispielhafte additive Herstellvorrichtung 1 enthält ferner eine Energieeintragsvorrichtung 20 mit einem Laser 21 (z.B. ein CO2-Laser oder ein CO- Laser), der einen Laserstrahl 22 erzeugt, welcher über ein Strahlbündel-Emitter 23, beispielsweise einen oder mehrere Galvanometerspiegel samt zugehörigem Antrieb, umgelenkt wird und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 7 fokussiert wird. Auch wenn dies in Fig. 1 nicht gezeigt ist, so weisen einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen additiven Herstellvorrichtung zumindest zwei und bevorzugt genau zwei Strahlbündel-Emitter 23 auf. Dadurch kann ein Herstellvorgang in kürzerer Zeit ablaufen, da dann das Aufbaumaterial an unterschiedlichen Stellen zeitgleich mit mehreren Strahlbündeln abgetastet und verfestigt werden kann.
Der in Fig. 1 gezeigte spezifische Aufbau einer Lasersinter- oder -Schmelzvorrichtung ist für die vorliegende Erfindung nur beispielhaft und kann natürlich auch abgewandelt werden, insbesondere bei Verwendung einer anderen Energieeintragsvorrichtung als der gezeigten. Um kenntlich zu machen, dass die Fläche des Strahlungsauftreffbereichs auf dem Aufbaumaterial nicht notwendigerweise sehr klein ("punktförmig") sein muss, wird in dieser Anmeldung häufig der Begriff "Strahlbündel" anstelle von "Strahl" verwendet. Die Lasersintervorrichtung 1 enthält weiterhin eine Steuereinrichtung 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch teilweise oder ganz außerhalb der additiven Herstellvorrichtung angebracht sein. Die Steuereinrichtung kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der additiven Herstellvorrichtung in einer Speichervorrichtung gespeichert sein, von wo aus es (z.B. über ein Netzwerk) in die additive Herstellvorrichtung, insbesondere in die Steuereinrichtung, geladen werden kann.
Im Betrieb wird durch die Steuereinrichtung 29 der T räger 10 Schicht für Schicht abgesenkt, der Beschichter 16 zum Auftrag einer neuen Pulverschicht angesteuert und die Energieeintragsvorrichtung 20, also insbesondere die Strahlbündel-Emitter 23 und gegebenenfalls auch der Laser 21 und/oder die Fokussiervorrichtung 24, angesteuert zum Verfestigen der jeweiligen Schicht an den dem jeweiligen Objekt entsprechenden Stellen mittels Abtastens dieser Stellen mit dem Laser. Hierbei wird in der vorliegenden Anmeldung auf eine für die Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung 20 verantwortliche Einheit 39 innerhalb der Steuereinrichtung 29 als Ansteuervorrichtung 39 der Energieeintragsvorrichtung Bezug genommen. Dennoch sei betont, dass eine Ansteuervorrichtung der Energieeintragsvorrichtung in gleicher weise auch außerhalb der Steuereinrichtung 29 vorhanden sein kann (auch in Gestalt eines Computerprogramms), sofern sichergestellt ist, dass die Ansteuervorrichtung 39 der Energieeintragsvorrichtung für die additive Herstellung von Objekten hinreichend mit der Steuereinrichtung 29 Zusammenwirken kann, also insbesondere Signale austauschen kann.
Fig. 2 zeigt in schematischer Weise eine schräge Draufsicht auf das Baufeld 8, in der einem ersten Strahlbündel-Emitter 23a ein erster Arbeitsbereich 8a in dem Baufeld 8 und einem zweiten Strahlbündel-Emitter 23b ein zweiter Arbeitsbereich 8b in dem Baufeld 8 zugewiesen ist. Mit anderen Worten, der Arbeitsbereich 8a legt die Stellen in dem Baufeld 8 fest, auf die vom ersten Strahlbündel-Emitter 23a ein erstes Strahlbündel 22a gerichtet werden kann und der Arbeitsbereich 8b legt die Stellen in dem Baufeld 8 fest, auf die vom zweiten Strahlbündel-Emitter 23b ein zweites Strahlbündel 22b gerichtet werden kann. Wie in Fig. 2 dargestellt, decken bevorzugt der erste Arbeitsbereich 8a und der zweite Arbeitsbereich 8b zusammen das gesamte Baufeld 8 ab. Ferner müssen der erste Arbeitsbereich 8a und der zweite Arbeitsbereich 8b nicht zwingend unmittelbar aneinander angrenzen. Vielmehr können sie auch in einem Korridor beidseitig der Grenze überlappen (Überlapp- bzw. Korridorbreite z.B. größer oder gleich 0 mm und/oder kleiner oder gleich 1 mm) oder es kann an der Grenze ein schmaler Spalt (z. B. mit einer Breite größer oder gleich 50 pm und/oder kleiner oder gleich 500 pm) zwischen den Arbeitsbereichen vorhanden sein.
Fig. 3 zeigt in schematischer Weise eine weitere Draufsicht auf das Baufeld 8, in diesem Falle ist die Blickrichtung senkrecht zur Bauebene 7. Es sind wiederum die beiden Arbeitsbereiche 8a und 8b dargestellt, zusätzlich ist noch ein beispielhaft zu verfestigender Querschnitt 200 des Objekts gezeigt, welcher der Einfachheit halber eine rechteckige Gestalt hat. Die vertikalen Pfeile stellen dabei Trajektorien 222a, 222b dar, längs derer in jedem der Arbeitsbereiche 8a und 8b das jeweilige Strahlbündel (z.B. ein Laserstrahl) über den Querschnitt 200 bewegt wird. Der Übersichtlichkeit halber sind jeweils nur die beiden äußersten Trajektorien mit einem Bezugszeichen versehen. Wie man erkennt, verlaufen alle Trajektorien parallel zueinander in vertikaler Richtung (bezogen auf die Blattebene). Hier wird eine im Stand der Technik übliche parallele bzw. im Wesentlichen parallele Ausrichtung der Trajektorien zum Verfestigen einer Fläche gewählt, was im Fachjargon auch als "Hatchen" bezeichnet wird. Bevorzugt werden dabei benachbarte Trajektorien in entgegengesetzter Richtung durchlaufen, obwohl es grundsätzlich (und so auch bei der vorliegenden Erfindung) möglich ist, dass alle Trajektorien in der gleichen Richtung durchlaufen werden.
Damit bei der Verfestigung des Aufbaumaterials nahe bzw. an der Grenze 8ab zwischen beiden Arbeitsbereichen das Aufbaumaterial nicht mehrmals aufgeschmolzen wird bzw. sich zwischen aufeinanderfolgenden Aufschmelzvorgängen nicht wieder abkühlen kann, was zu Schwundeffekten bzw. Inhomogenitäten an der Grenze führt, erfolgt die Abtastung in den beiden Arbeitsbereichen 8a und 8b erfindungsgemäß in koordinierter, d.h. zeitlich aufeinander abgestimmter, Weise. Fig. 3 zeigt hier ein erstes Ausführungsbeispiel solch eines koordinierten Vorgehens, bei dem die Hatchlinien (Trajektorien) im Wesentlichen parallel zur Grenze 8ab verlaufen. Dabei sind oberhalb der einzelnen Hatchlinien Kleinbuchstaben a bis i angebracht, welche anhand ihrer alphabetischen Reihenfolge die zeitliche Abfolge kennzeichnen sollen, in der die Trajektorien durchlaufen werden. Hierdurch wird im linken Arbeitsbereich eine Trajektorienabfolgerichtung festgelegt, die nach links zeigt und im rechten Arbeitsbereich eine Trajektorienabfolgerichtung festgelegt, die nach rechts zeigt.
Im Beispiel der Fig. 3 startet die Abtastung in den beiden Arbeitsbereichen 8a und 8b mit den der Grenze 8ab nächstgelegenen Trajektorien 222a bzw. 222b, wobei die Trajektorienabfolgerichtungen spiegelsymmetrisch zur Grenze sind. Damit ein homogenes Aufschmelzen des Aufbaumaterials über die Grenze hinweg ermöglicht wird, sollte der Beginn der Abtastung in beiden Arbeitsbereichen zum gleichen Zeitpunkt bzw. mit geringer zeitlicher Differenz (bevorzugt mit einer zeitlichen Differenz unter 200 ms) erfolgen. Fig. 3 zeigt hier den Idealfall, in dem die Bewegungsrichtung entlang der beiden der Grenze 8ab nächstgelegenen Trajektorien (jeweils mit "a" bezeichnet) beidseitig der Grenze gleich ist. Natürlich ist es aber auch möglich, dass die der Grenze 8ab nächstgelegenen Trajektorien in unterschiedlichen Richtungen abgetastet werden. Auch kann in der beschriebenen Weise vorgegangen werden, wenn in jedem der beiden Arbeitsbereiche benachbarte Trajektorien nicht (wie in Fig. 3 gezeigt) in entgegengesetzter Richtung abgetastet werden, sondern alle Trajektorien in gleicher Richtung abgetastet werden.
Während in Fig. 3 der Fall gezeigt ist, in dem die mit "a" bezeichneten Trajektorien nahe der Grenze 8ab als erstes abgetastet werden, können die Trajektorienabfolgerichtungen auch umgekehrt werden, sofern weiterhin die Trajektorienabfolgerichtungen spiegelsymmetrisch zur Grenze sind. Insbesondere könnte die Abtastung also auch in beiden Arbeitsbereichen mit den Trajektorien i starten, so dass dann die Trajektorien a als Letztes abgetastet würden. Fig. 4 zeigt eine erste Variante eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Vorgehen. Die Figur ist ähnlich zu Fig. 3 und gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Trajektorien in Fig. 4 im Wesentlichen senkrecht zur Grenze 8ab zwischen den beiden Arbeitsbereichen 8a und 8b verlaufen. Wie auch in Fig. 3 sind nicht alle Trajektorien gezeigt, sondern lediglich eine Anzahl Trajektorien, die bei der Abtastung des Objektquerschnitts 200 im jeweiligen Arbeitsbereich als erstes durchlaufen wird. Wie in Fig. 3, so sind auch in Fig. 4 die Trajektorienabfolgerichtungen in den beiden Arbeitsbereichen spiegelsymmetrisch zur Grenze 8ab. Hierbei ergeben sich die Trajektorienabfolgerichtungen wiederum aus der alphabetischen Reihenfolge der Buchstaben, die die zeitliche Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien kennzeichnet. Wie man erkennt, zeigt in Fig. 4 die Trajektorienabfolgerichtung in beiden Arbeitsbereichen nach unten.
Während in Fig. 4 die Trajektorien und ihre Abtastrichtungen symmetrisch zur Grenze 8ab liegen, sich also die als Letztes bzw. als Erstes abgetasteten Stellen zweier Trajektorien an der Grenze gegenüber liegen, kann sich die Abtastrichtung des einen Arbeitsbereichs auch im anderen Arbeitsbereich fortsetzen, wie es in einer zweiten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels in Fig. 5 gezeigt ist. Auch kann die Trajektorienabfolgerichtung in beiden Arbeitsbereichen umgekehrt werden, im Gegensatz zu Fig. 4 und 5 also von unten nach oben verlaufen. Wichtig ist in jedem Fall, dass die Trajektorienabfolgerichtungen spiegelsymmetrisch zur Grenze verlaufen. Das in Fig. 4 veranschaulichte Vorgehen führt dabei zu einer besonders guten Homogenität der Objekte, da grenznahe Stellen sehr zeitnah abgetastet werden. So begegnen sich die als erstes durchlaufenen Trajektorien (mit "a" bezeichnet) an der Grenze 8ab, so dass die beiden Strahlbündel 22a und 22b im Wesentlichen zeitgleich an der Grenze 8ab eintreffen. Wenn die nächsten Trajektorien (mit "b" bezeichnet) durchlaufen werden, dann starten die beiden Strahlbündel 22a und 22b im Wesentlichen zeitgleich an der Grenze 8ab, etc.
Auch wenn benachbarte Trajektorien nicht in entgegengesetzter Richtung durchlaufen werden, so sollte erfindungsgemäß die Trajektorienabfolgerichtung und bevorzugt auch die Bewegungsrichtung des Strahlbündels 22a im ersten Arbeitsbereich 8a spiegelsymmetrisch zur Trajektorienabfolgerichtung und zur Bewegungsrichtung des Strahlbündels 22b im zweiten Arbeitsbereich 8b sein. Mit anderen Worten, bevorzugt sollten sich dann die Strahlbündel bezüglich der Grenze 8ab aufeinander zu bewegen oder voneinander entfernen.
Die beschriebenen Vorgehensweisen gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel lassen sich besonders dann gut umsetzen, wenn ein Objektquerschnitt im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zur Grenze 8ab zwischen den beiden Arbeitsbereichen liegt, da dann die Trajektorien beidseits der Grenze im Wesentlichen die gleiche Länge aufweisen. Auch sorgt eine hohe Abtastgeschwindigkeit (Geschwindigkeit der Bewegung des Auftreffbereichs des Strahlbündels auf das Baufeld) dafür, dass ungleiche Flächen des Objektquerschnitts in beiden Arbeitsbereichen sich beim erfindungsgemäßen Vorgehen nicht allzu nachteilig auswirken. Dennoch kann bei sehr asymmetrischer Lage eines Objektquerschnitts bezüglich der Grenze durch zusätzliche Maßnahmen für eine verbesserte Koordinierung bei der Abtastung in den beiden Arbeitsbereichen 8a und 8b gesorgt werden.
Wenn beispielsweise, wie im Objektquerschnitt 201 in Fig. 6 unten gezeigt, die Trajektorien 222a im Arbeitsbereich 8a kürzer als die Trajektorien 222b im Arbeitsbereich 8b sind, dann kann in dem Arbeitsbereich 8a, mit den kürzeren Trajektorien jeweils nach dem Durchlaufen einer Trajektorie eine Wartezeit eingefügt werden, bis auch die korrelierte längere Trajektorie im anderen Arbeitsbereich 8b vollständig durchlaufen wurde. Der Beginn der Abtastung der jeweils nächsten Trajektorien erfolgt dann in beiden Arbeitsbereichen im Wesentlichen zeitgleich. Das Einfügen einer Wartezeit kann so implementiert werden, dass der dem zugehörigen Strahlbündel-Emitter zugeführte Laserstrahl während der Wartezeit abgeschaltet, blockiert bzw. so abgelenkt wird, dass er das Baufeld nicht mehr erreicht. Alternativ kann aber auch die durch das Strahlbündel auf das Aufbaumaterial auftreffende Strahlungsleistung während der Wartezeit so stark verringert werden, dass die auf das Aufbaumaterial während der Wartezeit auftreffende Energiemenge nicht ausreicht, um das Aufbaumaterial aufzuschmelzen. Es versteht sich, dass das soeben geschilderte Vorgehen nicht auf das Beispiel des Objektquerschnitts 201 in Fig. 6 beschränkt ist. Es sind eine Vielzahl von anderen Situationen möglich. Beispielsweise muss nicht zwingend immer nach dem Abtasten einer kürzeren Trajektorie eine Wartezeit eingefügt werden. Denkbar ist es auch, nur nach jeder zweiten, dritten, etc. kürzeren Trajektorie eine Wartezeit einzufügen. Auch kann die Anzahl der kürzeren Trajektorien, die zwischen zwei Wartezeiten abgetastet wird, schwanken.
Weiterhin gibt es natürlich auch Situationen, in denen innerhalb eines Objektquerschnitts die kürzeren Trajektorien mal in dem einen Arbeitsbereich 8a und mal in dem anderen Arbeitsbereich 8b liegen. In diesen Situationen kann entsprechend in gleicher weise bei der Abtastung der kürzeren Trajektorien vorgegangen werden. Auch müssen im Hinblick auf die Einfügung von Wartezeiten die Trajektorien nicht zwingend senkrecht zur Grenze 8ab liegen. Insbesondere können auch bei einer Abtastung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 3 (mit im Wesentlichen zur Grenze paralleler Abtastrichtung) Wartezeiten eingefügt werden, um für eine Kompensation bei sehr ungleicher Größe der zu verfestigenden Querschnittsbereiche beidseits der Grenze zu sorgen.
Insbesondere muss die Wartezeit nicht zwingend nach dem Durchlaufen der kürzeren Trajektorie eingefügt werden, sondern kann auch vor Beginn der Abtastung der kürzeren Trajektorie oder zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Abtastung der kürzeren Trajektorie eingefügt werden. Auch ist es denkbar, anstelle einer einzigen Wartezeit mehrere Wartezeiten einzufügen.
Alternativ oder zusätzlich, kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Strahlbündels entlang der kürzeren Trajektorie verringert werden und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit entlang der längeren Trajektorie erhöht werden, um dadurch zu erreichen, dass Stellen des Objektquerschnitts beidseits der Grenze 8ab in geringem zeitlichem Abstand zueinander von dem ersten und zweiten Strahlbündel abgetastet werden. Bei einer Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Strahlbündels muss in der Regel zeitgleich auch die Strahlungsleistung angepasst werden, damit die für einen in der Bauebene homogenen Aufschmelzvorgang gewünschte Energiemenge in das Aufbaumaterial eingetragen wird.
Natürlich ist die Einfügung von individuellen Wartezeiten für die einzelnen Trajektorien, insbesondere zwischen der Abtastung benachbarter Trajektorien, mit einem erhöhten Koordinierungsaufwand verbunden, der die Ansteuerung der Strahlbündel-Emitter komplizierter macht. Bevorzugt wird daher in dem Arbeitsbereich, in dem der kleinere Flächenanteil des Objektquerschnitts liegt, vor Beginn der Abtastung des Objektquerschnittsbereichs in diesem Arbeitsbereich eine Wartezeit eingefügt. Die Länge der Wartezeit kann dabei so gewählt werden, dass die Abtastung des Objektquerschnitts im ersten und zweiten Arbeitsbereich im Wesentlichen zeitgleich endet. Beispielsweise bietet es sich beim ersten Ausführungsbeispiel in dem von Fig. 3 abweichenden Fall, in dem im Arbeitsbereich 8a die Trajektorienabfolgerichtung von links nach rechts zeigt und im Arbeitsbereich 8b die Trajektorienabfolgerichtung von rechts nach links zeigt, an, im Arbeitsbereich 8a vor Beginn der Abtastung eine Wartezeit einzufügen, wenn der zu verfestigende Objektsquerschnittsbereich im Arbeitsbereich 8a kleiner ist als im Arbeitsbereich 8b. In diesem Fall werden dann die der Grenze 8ab nächstgelegenen Trajektorien mit geringer Zeitdifferenz abgetastet.
Alternativ kann eine Wartezeit vor und/oder nach der Abtastung des kleineren Objektquerschnittsanteils so gewählt werden, dass in beiden Arbeitsbereichen zum gleichen Zeitpunkt die Hälfte der in dem jeweiligen Arbeitsbereich liegenden Fläche des Objektquerschnitts abgetastet ist. Natürlich sind auch andere Einstellungen für die Wartezeit möglich, solange der Anteil des Objektquerschnitts in dem Arbeitsbereich mit der kleineren abzutastenden Fläche während der Abtastung des Objektquerschnitts in dem anderen Arbeitsbereich vollständig abgetastet wird. Beispielsweise könnte man auch in dem Arbeitsbereich, in dem der kleinere Flächenanteil des Objektquerschnitts liegt, eine Wartezeit nach dem Ende der Abtastung des Objektquerschnittsbereichs in diesem Arbeitsbereich einfügen, insbesondere in dem Fall, in dem in beiden Arbeitsbereichen die Abtastung zeitgleich startet. Insbesondere, wenn es in einer Schicht eine Mehrzahl von die Grenze 8ab überdeckenden Objektquerschnittsbereichen gibt, also Querschnittsbereiche, die unterschiedlichen Objekten zugeordnet sind oder unzusammenhängende Querschnittsbereiche ein und desselben Objekts, kann durch die Einfügung von Wartezeiten für eine bessere Koordination bei der Abtastung gesorgt werden. Dies wird nachfolgend anhand von Fig. 6 erläutert.
Fig. 6 zeigt zwei Objektquerschnitte 201 und 202, die zu verfestigen sind, wobei beispielhaft angenommen wird, dass im Zuge der Abtastung der Trajektorien 222a und 222b in den Arbeitsbereichen 8a und 8b jeweils zunächst die Trajektorien im Objektquerschnitt 201 vor den Trajektorien im Objektquerschnitt 202 abgetastet werden. Da der Objektquerschnitt 201 asymmetrisch zur Grenze 8ab ist, würde ohne weitere Maßnahmen das Strahlbündel 22a im Arbeitsbereich 8a zu einem früheren Zeitpunkt mit der Abtastung des Objektquerschnitt 201 fertig sein als das Strahlbündel 22b im Arbeitsbereich 8b. Das Strahlbündel 22a würde als Folge zu einem früheren Zeitpunkt mit der Abtastung des Objektquerschnitt 202 beginnen als das Strahlbündel 22b, so dass im Objektquerschnitt 202 mit deutlichen Zeitdifferenzen bei der Abtastung der Trajektorien nahe der Grenze zu rechnen wäre. Hier bietet die Einfügung einer Wartezeit vor Beginn der Abtastung des Objektquerschnitts 201 im Arbeitsbereich 8a oder nach Beendigung der Abtastung des Objektquerschnitts 201 im Arbeitsbereich 8a die Möglichkeit, dafür zu sorgen, dass beide Strahlbündel 22a und 22b zum im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt bzw. mit geringem zeitlichem Abstand mit der Abtastung des Objektquerschnitts 202 beginnen. Wiederum müssen die Trajektorien nicht zwingend senkrecht zur Grenze 8ab liegen. Insbesondere ist das Vorgehen auch bei einer Abtastung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 3 (mit im Wesentlichen zur Grenze paralleler Abtastrichtung) möglich.
Nachfolgend wird eine Vorgehensvariante beschrieben, die in Zusammenhang mit allen Ausführungsformen zur Anwendung gelangen kann.
Bei der additiven Herstellung von Objekten (z.B. mittels Lasersinterns oder Laserschmelzens) wird zur Verringerung von Schwundeffekten und Eigenspannungen oftmals die Orientierung der Trajektorien von Schicht zu Schicht um einen gewissen Winkel (z.B. 90°) geändert. Solch ein Vorgehen ist auch in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung möglich. Hierzu werden bevorzugt die Trajektorien und ihre Abtastrichtungen in den beiden Arbeitsbereichen um den gleichen Winkel, aber mit entgegengesetzter Drehrichtung gedreht. Beispielsweise erfolgt im ersten Arbeitsbereich eine Drehung im Uhrzeigersinn um den entsprechenden Winkel und im zweiten Arbeitsbereich eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn um den entsprechenden Winkel. Mit anderen Worten, die Drehrichtung muss bezogen auf die Grenze 8ab spiegelsymmetrisch sein. Der Sinn solch eines Vorgehens ist, dass dann trotz veränderter Orientierung der Trajektorien in beiden Arbeitsbereichen die Trajektorienabfolgerichtungen in beiden Arbeitsbereichen weiterhin spiegelsymmetrisch zur Grenze sind.
Nimmt man beispielsweise an, dass in einer Schicht eine Abtastung des Aufbaumaterials gemäß dem in Fig. 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel erfolgt, dann würde in der darauffolgenden Schicht, bei einem Drehwinkel von Schicht zu Schicht um 90°, die Abtastung gemäß der in Fig. 4 gezeigten ersten Variante der zweiten Ausführungsform erfolgen. Wie man erkennt, sind in Fig. 4 die Abtastrichtungen der Trajektorien im ersten Arbeitsbereich 8a gegenüber jenen in Fig. 3 um einen Winkel von 90° entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht und die Abtastrichtungen der Trajektorien im zweiten Arbeitsbereich 8b gegenüber jenen in Fig. 3 um einen Winkel von 90° im Uhrzeigersinn verdreht.
Selbst wenn der Rotationswinkel von Schicht zu Schicht von 90° verschieden ist, kann in der beschriebenen Weise vorgegangen werden. Dies wird anhand von Fig. 7 veranschaulicht. Diese zeigt einen Fall, in dem die Abtastrichtungen der Trajektorien im ersten Arbeitsbereich 8a gegenüber jenen in Fig. 3 um einen Winkel von 45° entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht und die Abtastrichtungen der Trajektorien im zweiten Arbeitsbereich 8b gegenüber jenen in Fig. 3 um einen Winkel von 45° im Uhrzeigersinn verdreht sind. Auch in diesem Fall kann durch eine spiegelsymmetrische Lage der Trajektorienabfolgerichtungen und entsprechend ein spiegelsymmetrisches Durchlaufen der Trajektorien dafür gesorgt werden, dass Stellen nahe der Grenze 8ab in den beiden Arbeitsbereichen gleichzeitig bzw. mit geringem zeitlichem Abstand zueinander mit dem Strahlbündel abgetastet werden. Eine mögliche Implementierung einer Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung, die die oben genannten Vorgehensweisen erlaubt, wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben:
Wie in Fig. 8 gezeigt, weist die Ansteuervorrichtung 190 eine Abtast-Steuereinheit 110 auf. Diese hat Zugriff auf einen Speicher 150, in dem ein Steuerdatensatz 130 abgelegt ist, der spezifiziert, an welchen Stellen einer Schicht durch Strahlungszufuhr eine Verfestigung des Aufbaumaterials bewirkt werden soll. Desweiteren hat die Abtast-Steuereinheit 110 Zugriff auf einen zweiten Datensatz 140 im Speicher 150, in dem die Arbeitsbereiche der beiden Strahlbündel-Emitter (Scanner) spezifiziert sind, also eine Zuordnung von Stellen des Baufelds zu den Scannern vorhanden ist. Ein Scan-Steuermodul 120 in der Abtast-Steuereinheit 110 steuert jeden der beiden Scanner so an, dass durch den jeweiligen Scanner die im Arbeitsbereich dieses Scanners liegenden in dem Steuerdatensatz 130 spezifizierten zu verfestigenden Stellen abgetastet werden. Dabei erfolgt die Abtastung entlang von zueinander parallelen Trajektorien (Hatchlinien), deren Länge und Orientierung in der Bauebene durch die Abtast-Steuereinheit 110 vorgegeben werden. Hierbei sorgt die Abtast- Steuereinheit 110 dafür, dass die Reihenfolge der Abtastung der Scanlinien im ersten und zweiten Arbeitsbereich so koordiniert wird, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich 8a zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich 8b abgetastet werden. Wie hier vorzugehen ist, kann durch den Steuerdatensatz 130 vorgegeben werden, der vor Beginn des Herstellvorgangs entsprechend konfiguriert wurde.
Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die Abtastung der Trajektorien in beiden Arbeitsbereichen zur Verfestigung eines Objektquerschnitts dadurch erzielt, dass für im Wesentlichen spiegelsymmetrische Trajektorienabfolgerichtungen in beiden Arbeitsbereichen gesorgt wird. Eine weitere Verbesserung der Homogenität des hergestellten Objekts an der Grenze lässt sich dadurch erzielen, dass die Trajektorien beidseits der Grenze spiegelbildlich zueinander gelegt werden und in einer weiteren Verbesserungsstufe dann auch in bezüglich der Grenze spiegelsymmetrischen Richtungen abgetastet werden. Sofern die Flächenanteile eines Objektquerschnitts in den beiden Arbeitsbereichen unterschiedlich sind, kann zusätzlich zur Verbesserung der Homogenität im Arbeitsbereich mit dem kleineren Flächenanteil eine Wartezeit eingefügt werden. Auch deren Implementierung ist relativ einfach. Bei besonders hohen Anforderungen an die Homogenität der hergestellten Objekte kann man jedoch eine noch präzisere, aber auch aufwendigere Vorgehensweise, die nachfolgend beschrieben wird.
In welchem Umfang eine Abtastung einer Stelle eines Arbeitsbereichs zu einer relevanten Temperaturerhöhung von Stellen im anderen Arbeitsbereich führt, hängt vom Abstand zu den Stellen im anderen Arbeitsbereich und vom zeitlichen Versatz zur Abtastung der Stellen im anderen Arbeitsbereich ab. Man kann daher bei der Generierung des Steuerdatensatzes für grenznahe Stellen in einem Arbeitsbereich, im Idealfall für alle abzutastenden Stellen des Arbeitsbereichs, prüfen, ob bei einer vorläufig festgelegten Abtastreihenfolge der abzutastenden Stellen dieses Arbeitsbereichs ein vorgegebener maximaler Zeitabstand zum Zeitpunkt der Abtastung von grenznahem Stellen in dem anderen Arbeitsbereich, im Idealfall zum Zeitpunkt der Abtastung von allen Stellen in dem anderen Arbeitsbereich, eingehalten wird. Sollte dies nicht der Fall sein, so kann die Abtaststrategie geändert werden, z.B. durch Einfügung von Wartezeiten und/oder durch die Änderung der Orientierung der Trajektorien und gegebenenfalls die Änderung der Orientierung der Abtastrichtungen. Erfahrungsgemäß sollte für übliche Anforderungen an die Homogenität der Objekte bei polymerbasierten Aufbaumaterialien ein maximaler Zeitabstand von 200 ms eingehalten werden, der bei erhöhten Anforderungen an die Homogenität auch einen geringeren Wert, z.B. 100 ms, 50 ms, 20 ms oder 10 ms annehmen kann.
Je größer der Abstand zweier zu verfestigender Stellen voneinander ist, desto geringer ist auch die gegenseitige Beeinflussung, wenn einer der Stellen bei der Abtastung Wärmeenergie zugeführt wird. Daher bietet es sich aus Gründen der Effizienz an, die oben erwähnte Prüfung nur für zu verfestigende Stellen in beiden Arbeitsbereichen durchzuführen, deren gegenseitiger Abstand kleiner als ein vorgegebener Mindestabstand ist. Dieser Mindestabstand hängt von den Wärmeleiteigenschaften des verwendeten Aufbaumaterials und von den durch die Art des Aufbaumaterials vorgegebenen Prozessbedingungen ab. So wird z.B. bei Verwendung von polymerbasiertem Aufbaumaterial nur ein geringer Anteil der für einen Aufschmelzvorgang erforderlichen Energie durch das Strahlbündel, z. B. einen Laserstrahl, in das Aufbaumaterials eingebracht. Letzteres wird in der Regel mittels einer Heizvorrichtung auf eine Arbeitstemperatur knapp unterhalb der Schmelztemperatur vorgeheizt. Bei metallhaltigem Aufbaumaterial ist der Fall anders gelagert. Hier liegt die Arbeitstemperatur deutlich unter dem Schmelzpunkt und bei der Abtastung wird verhältnismäßig viel Energie in das Aufbaumaterial eingetragen.
Erfahrungsgemäß sollte es für nicht allzu hohe Anforderungen an die Homogenität der Objekte bei polymerbasierten Aufbaumaterialien ausreichend sein, die Prüfung für Stellen durchzuführen, deren gegenseitiger Abstand geringer als das 3-fache der Strahlbreite des Strahlbündels ist. Mit steigenden Anforderungen an die Homogenität kann eine Berücksichtigung von Stellen notwendig werden, deren gegenseitiger Abstand geringer als das 5-fache, 10-fache, 50-fache, 100-fache, 500-fache oder gar 1000-fache der Strahlbreite des Strahlbündels ist.
Ein Steuerdatensatz, der einer Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung die erfindungsgemäße Ansteuerung ermöglicht, kann auf folgende Weise generiert werden:
Eine in Fig. 9 schematisch gezeigte Vorrichtung 100 zur Generierung eines Steuerdatensatzes, die in der Regel mittels Software implementiert ist, enthält eine Datenzugriffseinheit 101 , die auf einen Datensatz mit einem Datenmodell (z.B. einem CAD-Modell) einer Anzahl von Querschnitten des Objekts zugreift. In dem in Fig. 10 gezeigten Verfahrensablauf ist dies der erste Schritt S1 . Idealerweise wurde bereits ein sogenanntes "Slicing" durchgeführt, also eine Zuordnung der Objektquerschnitte zu Aufbaumaterialschichten.
In dem in Fig. 10 gezeigten zweiten Schritt S2 spezifiziert nun eine in Fig. 9 gezeigte Datenmodell-Erzeugungseinheit 102 in dem Datenmodell zumindest eines Objektquerschnitts eine Verfestigung von Stellen einer Aufbaumaterialschicht in einer zeitlichen Reihenfolge, die der Bewegung des ersten und zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien über das Aufbaumaterial in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich entspricht. Insbesondere wird dabei eine zeitliche Abstimmung von zu verfestigenden Stellen in dem ersten Arbeitsbereich 8a zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich 8b spezifiziert. Bei einer Variante der Vorrichtung zur Generierung eines Steuerdatensatzes, die im Falle hoher Anforderungen an die Homogenität der hergestellten Objekte zum Einsatz kommt, ist zusätzlich noch eine Prüfeinheit 108 vorhanden (gestrichelt dargestellt), die abprüft, ob bei einer vorläufig festgelegten Abtastreihenfolge der abzutastenden Stellen eines Arbeitsbereichs ein vorgegebener maximaler Zeitabstand zum Zeitpunkt der Abtastung von grenznahem Stellen in dem anderen Arbeitsbereich, im Idealfall zum Zeitpunkt der Abtastung von allen Stellen in dem anderen Arbeitsbereich, eingehalten wird. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Datenmodell-Erzeugungseinheit 102 veranlasst, das Datenmodell abzuändern.
Nachdem im zweiten Schritt S2 in Fig. 10 ein Datenmodell erzeugt wurde, wird anschließend durch die in Fig. 9 gezeigte Steuerdaten-Generierungseinheit 103 ein Steuerdatensatz generiert (in Fig. 10 ist dies der Schritt S3). Dabei kann entweder das im zweiten Schritt S2 erzeugte Datenmodell als Steuerinformation (Steuerdaten) bereitgestellt werden oder aber das Datenmodell wird für eine bessere Integrierbarkeit in einen Steuerdatensatz umformatiert. Das beschriebene Vorgehen kann für alle Objektquerschnitte eines herzustellenden Objekts angewandt werden.
Das erfindungsgemäße Vorgehen ist insbesondere in sogenannten Downskin- Bereichen von Vorteil. Dies sind Bereiche in dem herzustellenden Objekt, die während der Herstellung an unverfestigtes Pulver unterhalb des Objekts angrenzen. Die Erfinder haben festgestellt, dass gerade die während der Herstellung nach unten, also zur Bauplattform hin, zeigenden Oberflächen Defekte an der Grenze zwischen den beiden Arbeitsbereichen aufweisen können.
Die erfindungsgemäße zeitliche Abstimmung der Abtastung von Stellen in den beiden Arbeitsbereichen sollte insbesondere bei Objektquerschnitten angewandt werden, die unmittelbar an unverfestigtes Aufbaumaterial darunter angrenzen, also Oberflächenbereiche des Objekts enthalten, die während der Herstellung nach unten zeigen. Bevorzugt sollte die erfindungsgemäße zeitliche Abstimmung bei den untersten drei Objektquerschnitten oberhalb von unverfestigtem Aufbaumaterial, noch bevorzugter bei den untersten fünf Objektquerschnitten zum Einsatz kommen.
Für eine hohe Qualität der während der Herstellung nach unten zeigenden Oberflächenbereiche des Objekts kann unterstützend zur Herstellung der untersten drei Objektquerschnitte, bevorzugt zur Herstellung der untersten fünf Objektquerschnitte, eine Schicht unverfestigten Aufbaumaterials nicht mit derselben Dicke wie in anderen Objektbereichen (der Normschichtauftragsdicke), sondern mit einem Bruchteil dieser Dicke, z.B. 50% dieser Dicke aufgetragen werden.
Fig. 11 a zeigt zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels in schematischer Weise eine senkrechte Draufsicht auf das Baufeld 8. Dabei sind drei zu verfestigende Teilbereiche 118a, 118b und 118c zu erkennen, von denen die zu verfestigenden Teilbereiche 118a und 118b an einer Grenze 118ab aneinandergrenzen. Bei den zu verfestigenden Teilbereichen handelt es sich um zu verfestigende Bereiche der Aufbaumatenalschicht, die im Grunde mit unterschiedlichen Laserstrahlbündeln verfestigt werden könnten, in diesem Ausführungsbeispiel aber zeitlich nacheinander mit ein und demselben Laserstrahlbündel verfestigt werden.
Es wird hier angenommen, dass zunächst der zu verfestigende Teilbereich 118a abgetastet wird, dann der zu verfestigende Teilbereich 118c und zuletzt der zu verfestigende Teilbereich 118b. Daraus resultiert, dass zwischen der Beendigung der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 118a und dem Beginn der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 118b ein Unterbrechungszeitraum At liegt. Während dieses Zeitraums kann sich das Aufbaumaterial im bereits abgetasteten zu verfestigenden Teilbereich 118a abkühlen, wodurch es an der Grenze 118ab zu einem Materialverlust (einer Inhomogenität im verfestigten Material) kommen kann. Um diese Inhomogenität im verfestigten Material zu verhindern, wird wie in Fig. 11 b veranschaulicht vorgegangen.
Fig. 11 b zeigt vergrößert die beiden an die Grenze 118ab angrenzenden Abschnitte der zu verfestigenden Teilbereiche 118a und 118b. Dabei sind zusätzlich Trajektorien 128aa, 128ab und 128ac gezeigt, längs derer das Aufbaumaterial im zu verfestigenden Teilbereich 118a abgetastet wurde, wobei zunächst die Trajektorie 128aa, dann die Trajektorie 128ab und schließlich die Trajektorie 128ac abgetastet wurde. In gleicher weise sind im zu verfestigenden Teilbereich 118b Trajektorien 128ba, 128bb und 128bc gezeigt, längs derer das Aufbaumaterial im zu verfestigenden Teilbereich 118b abgetastet wird, wobei zunächst die Trajektorie 128ba, dann die Trajektorie 128bb und schließlich die Trajektorie 128bc abgetastet wird.
Um für eine bessere Homogenität im verfestigten Material an der Grenze 118ab zu sorgen, wird nach Ablauf des Unterbrechungszeitraum At das Aufbaumaterial in einem Abschnitt des zu verfestigenden Teilbereichs 118a an der Grenze nochmals abgetastet, bevor mit der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 118b begonnen wird. In Fig. 11 b kennzeichnet die Linie 1118 eine Begrenzung dieses Abschnitts, der sich also zwischen der Grenze 118ab und der Linie 1118 erstreckt. Durch die nochmalige Abtastung des Aufbaumaterials in diesem Abschnitt kann dieses nochmals aufgeschmolzen oder zumindest so stark erwärmt werden, dass dem Materialschwund an der Grenze entgegengewirkt werden kann. Natürlich kann das Aufbaumaterial im zu verfestigenden Teilbereich 118a auch in größerem Abstand zur Grenze 118ab als jenem, den die Linie 1118 kennzeichnet, nochmals abgetastet werden. Die Linie 1118 grenzt jedoch einen Abschnitt ab, in dem alle Stellen nochmals abgetastet werden sollten und kann somit als Minimalabstand angesehen werden.
Im konkreten Fall von Fig. 11 b wird zur nochmaligen Abtastung aller Stellen innerhalb des durch der Grenze 118ab und die Linie 1118 begrenzten Abschnitts einfach das Strahlbündel nochmals entlang der Trajektorie 128ac bewegt. Zur Verdeutlichung, dass eine zweite Trajektorie 128ac' über der Trajektorie 128ac liegt, ist die Trajektorie 128ac in Fig. 11 b gestrichelt dargestellt. Berücksichtigt man, dass beim Bewegen des Strahlbündels entlang der Trajektorie 128ac' der tatsächlich aufgeschmolzene Bereich nicht linienförmig ist, sondern sich auch nach links und rechts der Trajektorie ausdehnt (unter anderem aufgrund der von Null verschiedenen Breite des Strahlbündels), dann können durch die Bewegung des Strahlbündels entlang der Trajektorie 128ac' alle Stellen innerhalb des durch die Grenze 118ab und die Linie 1118 begrenzten Abschnitts des zu verfestigenden Teilbereichs 118a abgetastet werden.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Generierung eines Steuerdatensatzes, die das soeben in Zusammenhang mit Fig. 11a und 11 b beschriebene Vorgehen umsetzen, sind analog dem Verfahren und der Vorrichtung, die in Zusammenhang mit Fig. 9 und Fig. 10 beschrieben wurden, weshalb deren Beschreibung hier nicht wiederholt wird. Es sei lediglich erwähnt, dass die Abprüfung, ob ein Unterbrechungszeitraum At eine zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax überschreitet, in einer Prüfeinheit 108 erfolgen kann, die in der Vorrichtung 100 zur Generierung eines Steuerdatensatzes angeordnet ist.
In der in Zusammenhang mit Fig. 11a und 11 b beschriebenen Weise muss nur vorgegangen werden, wenn der Unterbrechungszeitraum At eine zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax überschreitet, da für kurze Unterbrechungszeiträume At die Abkühlung des bereits abgetasteten Aufbaumaterials noch nicht umfangreich genug ist, um für Schwundeffekte zu sorgen. Die Länge der noch zulässigen Unterbrechungszeitspanne tmax kann beispielsweise durch wenige Vorversuche mit dem anvisierten Aufbaumaterial vor dem Start des eigentlichen Herstellungsvorgangs mit der additiven Herstellvorrichtung ermittelt werden. Wenn der Unterbrechungszeitraum At die zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax überschreitet, muss in dem Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes ein resultierender Mindestabstand 1118 zur Grenze 118ab vorgegeben werden (der Mindestabstand wird hier wie die Linie mit dem Bezugszeichen 1118 bezeichnet) . Hier wird der Wert des Mindestabstands abhängig von der Länge des Unterbrechungszeitraums vorgegeben. Der Zusammenhang zwischen beiden Parametern kann wiederum durch wenige Vorversuche mit dem anvisierten Aufbaumaterial vor dem Start des eigentlichen Herstellungsvorgangs mit der additiven Herstellvorrichtung ermittelt werden.
Fig. 12 zeigt eine Variante des in Fig. 11 b veranschaulichten Vorgehens. Bei dem Beispiel von Fig. 12 liegt die den Mindestabstand kennzeichnende Linie 1118 zwischen der Grenze 118ab und der der Grenze nächstgelegenen Trajektorie 128ac im zu verfestigenden Teilbereich 118a. Natürlich könnte man durch nochmaliges Bewegen des Strahlbündels entlang der Trajektorie 128ac alle Stellen innerhalb des durch die Grenze 118ab und die Linie 1118 begrenzten Abschnitts des zu verfestigenden Teilbereichs 118a abtasten. Alternativ kann man aber all diesen Stellen Energie mit einem Strahlbündel zuführen, indem man die der Grenze 118ab nächstgelegene Trajektorie 128ba im zu verfestigenden Teilbereich 118b nahe genug an die Grenze heranrückt, so dass bei Beginn der Abtastung des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs 118b durch die Bewegung des Strahlbündels entlang der T rajektorie 128ba alle Stellen jenseits der Grenze 118ab, die näher zur Grenze 118ab liegen als der durch die Linie 1118 gekennzeichnete Mindestabstand, nochmals abgetastet werden.
Fig. 13 zeigt eine weitere Variante des in Fig. 11 b veranschaulichten Vorgehens. Bei dem Beispiel von Fig. 13 verlaufen die Trajektorien nicht parallel, sondern senkrecht zur Grenze 118ab (auch ein Verlauf unter einem von 90° verschiedenen Winkel wäre möglich). In dem Beispiel von Fig. 13 werden die Stellen des zu verfestigenden Teilbereichs 118a, die innerhalb des Mindestabstands 1118 zur Grenze 118ab liegen, nicht allesamt vor der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 118b abgetastet, sondern im Zuge der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 118b, nämlich indem die Trajektorien im zu verfestigenden Teilbereich 118b über die Grenze 118ab hinaus bis zur Linie 1118 im ersten zu verfestigenden Teilbereich 118a verlängert werden.
Es sei noch erwähnt, dass in Fig. 13 die Trajektorien im zu verfestigenden Teilbereich 118b lediglich aus Gründen der besseren Darstellung horizontal gegenüber den Trajektorien im zu verfestigenden Teilbereich 118a verschoben sind. Tatsächlich können die Trajektorien im zu verfestigenden Teilbereich 118b auch eine andere horizontale Lage als die in der Figur gezeigte aufweisen. Insbesondere können die Trajektorien im zu verfestigenden Teilbereich 118b die gleiche horizontale Lage wie die Trajektorien im zu verfestigenden Teilbereich 118a aufweisen, so dass sich die Trajektorien des einen zu verfestigenden Teilbereichs im anderen Bereich fortsetzen (was auf den Ort bezogen ist und nicht bedeuten soll, dass die zu verfestigenden Teilbereiche mit zeitlicher Überschneidung, also ohne einen Unterbrechungszeitraum At dazwischen, abgetastet werden).
Abgesehen von der explizit beschriebenen Vorgehensweise bei den Varianten von Fig. 12 und Fig. 13 gilt alles im Zusammenhang mit Fig. 11a und 11 b Gesagte auch für die Varianten von Fig. 12 und Fig. 13.
Fig. 14 zeigt zur Veranschaulichung eines vierten Ausführungsbeispiels in schematischer Weise eine senkrechte Draufsicht auf das Baufeld 8. Im vierten Ausführungsbeispiel ist im Baufeld 8 beispielhaft ein quadratischer Objektquerschnitt 200 vorhanden, in dessen Mitte eine ebenfalls quadratische Ausnehmung 210 vorhanden ist, wo das Aufbaumaterial nicht zu verfestigen ist. Das Bezugszeichen 250 in der Figur kennzeichnet die innere Konturlinie des zu verfestigenden Objektquerschnitts 200, also den inneren Randbereich, der an die quadratische Ausnehmung 210 grenzt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zur Verfestigung des Objektquerschnitts dieser in vier zu verfestigende Teilbereiche 148a, 148b, 148c und 148d aufgespalten, von denen die zu verfestigenden Teilbereiche 148a und 148b an einer Grenze 148ab aneinandergrenzen, die zu verfestigenden Teilbereiche 148a und 148c an einer Grenze 148ac aneinandergrenzen, die zu verfestigenden Teilbereiche 148b und 148d an einer Grenze 148bd aneinandergrenzen und die zu verfestigenden Teilbereiche 148c und 148d an einer Grenze 148cd aneinandergrenzen.
Es wird hier angenommen, dass zunächst der zu verfestigende Teilbereich 148a mit einem Strahlbündel abgetastet wird, dann der zu verfestigende Teilbereich 148b, danach der zu verfestigende Teilbereich 148c und zuletzt der zu verfestigende Teilbereich 148d. Daraus resultiert, dass zwischen der Beendigung der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 148a und dem Beginn der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 148c ein Unterbrechungszeitraum Atac liegt und zwischen der Beendigung der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 148b und dem Beginn der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 148d ein Unterbrechungszeitraum Atbd liegt. Da der zu verfestigende Teilbereich 148b im Anschluss an den zu verfestigenden Teilbereich 148a abgetastet wird und der zu verfestigende Teilbereich 148d im Anschluss an den zu verfestigenden Teilbereich 148c abgetastet wird, kann davon ausgegangen werden, dass ein Unterbrechungszeitraum Atab zwischen der Beendigung der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 148a und dem Beginn der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 148b und ein Unterbrechungszeitraum tcd zwischen der Beendigung der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 148c und dem Beginn der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 148d sehr klein sind und kürzer sind als eine zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax. Daher werden an diesen Grenzen Stellen in dem jeweils zeitlich vorangehend abgetasteten zu verfestigenden Teilbereich nicht nochmals abgetastet.
In diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass eine entsprechende Prüfeinheit 108 in einer Vorrichtung 100 zur Generierung eines Steuerdatensatzes ermittelt, dass die Unterbrechungszeiträume Atac und Atbd jeweils länger als eine zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax sind. Entsprechend werden Stellen in dem zu verfestigenden Teilbereichs 148a, deren Abstand zur Grenze 148ac kleiner ist als ein vorgegebener Mindestabstand 1148ac vor oder bei der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 148c nochmals abgetastet. Ebenso werden Stellen in dem zu verfestigenden Teilbereichs 148b, deren Abstand zur Grenze 148bd kleiner ist als ein vorgegebener Mindestabstand 1148bd vor oder bei der Abtastung des zu verfestigenden Teilbereichs 148d nochmals abgetastet. Der Einfachheit halber kennzeichnen hier die gleichen Bezugszeichen die jeweiligen Mindestabstände, die in Fig. 14 den die jeweiligen Mindestabstände veranschaulichenden gestrichelten Linien 1148ac und 1148bd zugewiesen sind. Mit anderen Worten, der Mindestabstand 1148ac entspricht dem Abstand, den die Linie 1148ac in Fig. 14 von der Grenze 148ac hat, und der Mindestabstand 1148bd entspricht dem Abstand, den die Linie 1148bd in Fig. 14 von der Grenze 148bd hat.
Um den Bereich zwischen der Linie 1148ac und der Grenze 148ac nochmals mit einem Strahlbündel abzutasten, kann in gleicher weise wie es in Zusammenhang mit Fig. 11 b beschrieben wurde, vorgegangen werden. Zu diesem Zweck kann also ein Strahlbündel nochmals entlang der in Fig. 14 gekennzeichnete Trajektorie 158a bewegt werden, so dass, da der tatsächlich aufgeschmolzene Bereich nicht linienförmig ist, sondern sich auch nach links und rechts der Trajektorie ausdehnt, damit auch alle Stellen innerhalb des durch Linie 1148ac und die Grenze 148ac begrenzten Abschnitts des zu verfestigenden Teilbereichs 148a abgetastet werden. Im Grunde reicht es aber bereits, das Strahlbündel nur entlang des zur Linie 1148ac in Fig. 14 benachbarten Abschnitts 158ac der Trajektorie 158a zu bewegen, der in Fig. 14 mit seitlichen Vorsprüngen versehen ist. Alternativ könnte man auch, analog zum in Zusammenhang mit Fig. 12 beschriebenen Vorgehen, einfach die der Grenze 148ac benachbarte Trajektorie 158c im zu verfestigenden Teilbereich 148c näher an die Grenze 148ac heranrücken, so dass durch die Bewegung des Strahlbündels entlang der Trajektorie 158c alle Stellen jenseits der Grenze 148ac, die näher zur Grenze 148ac liegen als der durch die Linie 1148ac gekennzeichnete Mindestabstand, nochmals abgetastet werden.
Um den Bereich zwischen der Linie 1148bd und der Grenze 148bd nochmals mit einem Strahlbündel abzutasten, kann ebenfalls in gleicher weise wie es in Zusammenhang mit Fig. 11 b beschrieben wurde, vorgegangen werden. Zu diesem Zweck kann also ein Strahlbündel nochmals entlang der in Fig. 14 gekennzeichnete Trajektorie 158b bewegt werden, so dass, da der tatsächlich aufgeschmolzene Bereich nicht linienförmig ist, sondern sich auch nach links und rechts der Trajektorie ausdehnt, auch alle Stellen innerhalb des durch Linie 1148bd und die Grenze 148bd begrenzten Abschnitts des zu verfestigenden Teilbereichs 148b abgetastet werden. Wiederum könnte man auch alternativ, analog zum in Zusammenhang mit Fig. 12 beschriebenen Vorgehen, einfach die der Grenze 148bd benachbarte Trajektorie 158d im zu verfestigenden Teilbereich 148d näher an die Grenze 148bd heranrücken, so dass durch die Bewegung des Strahlbündels entlang der Trajektorie 158d alle Stellen jenseits der Grenze 148bd, die näher zur Grenze 148bd liegen als der durch die Linie 1148bd gekennzeichnete Mindestabstand, nochmals abgetastet werden.
Wenn die Unterbrechungszeiträume Atac und tbd unterschiedlich lang sind, dann resultieren daraus in der Regel auch unterschiedlich große Mindestabstände 1148ac und 1 148bd. Im vorliegenden Fall entspricht der Unterbrechungszeitraum Atac der Zeitdauer, die für die Abtastung des Teilbereichs 148b benötigt wird. Der Unterbrechungszeitraum tbd entspricht der Zeitdauer, die für die Abtastung des Teilbereichs 148c benötigt wird. Da im vorliegenden aber die Teilbereiche 148b und 148c die gleiche Fläche aufweisen, kann man bei ansonsten gleichen Verfestigungsrandbedingungen davon ausgehen, dass die Zeitdauern, die jeweils für eine Verfestigung der Teilbereiche 148b und 148c benötigt werden, gleich groß sind, woraus dann eine annähernd gleich Länge der Unterbrechungszeiträume Atac und Atbd resultiert. Somit können im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Mindestabstände 1148ac und 1148bd gleich groß gewählt werden.
Fig. 15 zeigt zur Veranschaulichung eines fünften Ausführungsbeispiels in schematischer Weise wiederum eine senkrechte Draufsicht auf das Baufeld 8. Wie im vierten Ausführungsbeispiel ist im Baufeld 8 beispielhaft ein quadratischer Objektquerschnitt 200 vorhanden, in dessen Mitte eine ebenfalls quadratische Ausnehmung 210 vorhanden ist, wo das Aufbaumaterial nicht zu verfestigen ist. Das Bezugszeichen 250 in der Figur kennzeichnet die innere Konturlinie des zu verfestigenden Objektquerschnitts 200, also den inneren Randbereich, der an die quadratische Ausnehmung 210 grenzt.
Das fünfte Ausführungsbeispiel veranschaulicht, wie auch bei der Verfestigung entlang der Konturlinie (des Randbereichs) in erfinderischer Weise vorgegangen werden kann. Daher sind in Fig. 15 keine Details des Innenbereichs des Objektquerschnitts 200 gezeigt. Dieser kann beispielsweise in der im Zusammenhang mit Fig. 14 beschriebenen Weise abgetastet werden.
In Fig. 15 sind zwei Trajektorien 250a und 250b gezeigt, längs derer ein Strahlbündel entlang der Konturlinie 250 verfahren wird, um dort das Aufbaumaterial zu verfestigen. Mit anderen Worten, die Konturlinie ist in zwei zu verfestigende Teilbereiche unterteilt, die hier der Einfachheit halber ebenfalls mit den Bezugszeichen 250a und 250b bezeichnet werden. Dabei wird zuerst die Trajektorie 250a durchlaufen und zeitlich danach die Trajektorie 250b, wobei die beiden Trajektorien jeweils an einer Grenze 250ab starten und an einer Grenze 250ab' wieder aufeinandertreffen. Bei diesem Vorgehen vergeht ein Unterbrechungszeitraum AtAnfang zwischen dem Startzeitpunkt der Abtastung des Teilbereichs 250a und dem Startzeitpunkt der Abtastung des Teilbereichs 250b. Die Länge dieses Unterbrechungszeitraums AtAnfang entspricht der Zeitdauer, die für die Abtastung des Teilbereichs 250a benötigt wird. Wenn die Abtastung des zweiten Teilbereichs 250b gestartet wird, dann konnte das Aufbaumaterial nahe der Grenze im Teilbereich 250a sich bereits abkühlen, wobei hier angenommen wird, dass der Unterbrechungszeitraum AtAnfang größer ist als eine zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax. Entsprechend startet die Abtastung entlang der Trajektorie nicht an der Grenze 250ab, sondern im Teilbereich 250a in einem Mindestabstand 1250 zur Grenze 250ab. Auf diese Weise kann einem nicht erwünschten Schrumpf an der Grenze 250ab begegnet werden.
Bei Beendigung der Abtastung des Teilbereichs 250b trifft das Stahlbündel an der Grenze 250ab‘ auf den bereits zuvor abgetasteten Bereich 250a, wobei die Stellen im Bereich 250a an der Grenze 250ab‘ sich bereits abkühlen konnten, da ein Unterbrechungszeitraum AtEnde zwischen der Ankunft des Strahlbündels an der Grenze 250ab‘ beim Abtasten des ersten Teilbereichs 250a und der Ankunft des Strahlbündels an der Grenze 250ab‘ beim Abtasten des zweiten Teilbereichs 250b liegt. Entsprechend bietet es sich, beim Abtasten des zweiten Teilbereichs 250b das Strahlbündel über die Grenze 250ab‘ hinaus zu bewegen und noch einen Abschnitt des ersten Teilbereichs 250a zwischen der Grenze 250ab‘ und dem Mindestabstand 1250' abzutasten.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Unterbrechungszeiträume AtAnfang und AtEnde im Wesentlichen gleich groß, da auch die Längen der Trajektorien gleich groß sind. Daher werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch die Mindestabstände 1250 und 1250' gleich groß gewählt.
Fig. 16a und 16b zeigen schematisch eine weitere mögliche Ausführungsform des in Fig. 11 b und 12 veranschaulichten Vorgehens, die sich anbietet, wenn die Trajektorien im ersten Teilbereich (und auch jene im zweiten Teilbereich) parallel zur Grenze 118ab liegen. Ähnlich wie in Fig. 11 b und 12 zeigen Fig. 16a und 16b vergrößert die beiden an die Grenze 118ab angrenzenden Abschnitte der zu verfestigenden Teilbereiche 118a und 118b. Dabei liegen die Trajektorien 141a, 141 b, 141c im Abschnitt 118a des ersten zu verfestigenden Teilbereichs und die Trajektorien 142a, 142b, 142c im Abschnitt 118b des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs parallel zur Grenze 118ab. Im Abschnitt 118a wird Aufbaumaterial längs der T rajektorien 141a, 141b und 141c abgetastet, wobei zuerst die T rajektorie 141c, dann die T rajektorie 141 b und schließlich die T rajektorie 141a abgetastet wird. Gleicherweise wird Aufbaumaterial im Abschnitt 118b längs der Trajektorien 142a, 142b und 142c abgetastet, wobei zuerst die Trajektorie 142c, dann die Trajektorie 142b und schließlich die Trajektorie 142c abgetastet wird. Es wird außerdem angenommen, dass der Abschnitt 118a vor dem Abschnitt 118b abgetastet wird. Insbesondere wird als letzte Trajektorie vor dem Anfang des Unterbrechungszeitraums At die Trajektorie 141a abgetastet und als erste Trajektorie nach dem Unterbrechungszeitraum At die Trajektorie 142c. Zwischen den Trajektorien im zweiten Teilbereich 118b und ebenso zwischen den Trajektorien im ersten Teilbereich 118a liegt jeweils ein Abstand D. Darüber hinaus erkennt man zwischen den der Grenze 118ab nächstgelegenen Trajektorien 142c bzw. 141a im ersten und zweiten Teilbereich einen Abstand D‘, der kleiner als der Abstand D ist, also, kleiner als der durchschnittliche Abstand zwischen den anderen Trajektorien ist. Dieser verringerte Abstand D' wurde spezifiziert, da der Unterbrechungszeitraum zwischen der Abtastung der letzten Trajektorie 141a im ersten Teilbereich 118a und der Abtastung der ersten Trajektorie 142c im zweiten Teilbereich 118b einen zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax überschritten hatte.
Obwohl in Fig. 16a beispielhaft nur sechs Trajektorien gezeigt sind, wird in der Praxis in der Regel ein Teilbereich mittels einer erheblich größeren Anzahl von Trajektorien abgetastet. Wenn alle Trajektorien außer jenen, die der Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich am Nächsten liegen, durch einen Abstand D getrennt sind, ist der durchschnittliche Abstand zwischen den Trajektorien im Wesentlichen gleich D. Der Abstand D‘ zwischen den Trajektorien 141a und 142c ist also kleiner als der durchschnittliche Abstand D der Trajektorien des ersten und des zweiten Teilbereichs. Fig. 16b zeigt in Analogie zu Fig. 16a die Abschnitte 118a des ersten Teilbereichs und 118b des zweiten Teilbereichs, die Trajektorien 142a, 142b, 142c, 141a, 141 b und 141c und die Grenze 118ab. Das Beispiel von Fig. 16b soll veranschaulichen, dass sich die Vorgehensweise, bei der alle Stellen im ersten Teilbereich, deren Abstand zur Grenze (118ab) kleiner ist als ein vorgegebener Minimalabstand (1118), vor Beginn der Abtastung oder bei der Abtastung der Stellen des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs (118b) nochmals abgetastet werden, auch über eine Verringerung des Abstands zwischen den der Grenze nächstgelegenen Trajektorien beschreiben lässt.
Wie man in Fig 16b erkennt liegt die eigentlich dem zweiten Teilbereich 118b zugehörige Trajektorie 142c im ersten Teilbereich 118a mit geringerem Abstand d2 zur Grenze 118ab größer als der Abstand d1 , den die Trajektorie 141a zur Grenze 118ab hat. Dennoch ist der Abstand D‘ zwischen den Trajektorien 141a und 142c kleiner als der durchschnittliche Abstand D der Trajektorien des ersten und des zweiten Teilbereichs. Durch die Positionierung der Trajektorie 142c im ersten Teilbereich 118a kann damit automatisch dafür gesorgt werden, dass alle Stellen in dem ersten zu verfestigenden Teilbereich (118a), deren Abstand zur Grenze (118ab) kleiner ist als ein vorgegebener Minimalabstand (1118), vor Beginn der Abtastung oder bei der Abtastung der Stellen des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs (118b) nochmals abgetastet werden. Man beachte dabei, dass im Beispiel der Fig. 16b die Stellen im ersten Teilbereich 118a unmittelbar an der Grenze 118ab erst mittels der Trajektorie 142b abgetastet werden.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Generierung eines Steuerdatensatzes, die das soeben in Zusammenhang mit Fig. 16a und 16b beschriebene Vorgehen umsetzen, sind analog dem Verfahren und der Vorrichtung, die in Zusammenhang mit Fig. 9 und Fig. 10 beschrieben wurden, weshalb deren Beschreibung hier nicht wiederholt wird.
In der in Zusammenhang mit Fig. 16a und 16b beschriebenen Weise muss nur vorgegangen werden, wenn der Unterbrechungszeitraum At eine zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax überschreitet, da für kurze Unterbrechungszeiträume At die Abkühlung des bereits abgetasteten Aufbaumaterials noch nicht umfangreich genug ist, um für Schwundeffekte zu sorgen. Die Länge der noch zulässigen Unterbrechungszeitspanne tmax kann beispielsweise durch wenige Vorversuche mit dem anvisierten Aufbaumaterial vor dem Start des eigentlichen Herstellungsvorgangs mit der additiven Herstellvorrichtung ermittelt werden. Wenn der Unterbrechungszeitraum At die zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax überschreitet, wird in dem Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes ein Abstand D‘ zwischen den Trajektorien 141a und 142c festgelegt. Der Abstand D‘ kann im Zusammenhang, insbesondere in einem mathematischen Zusammenhang, mit dem Unterbrechungszeitraums At stehen. Der Zusammenhang zwischen beiden Parametern kann wiederum durch wenige Vorversuche mit dem anvisierten Aufbaumaterial vor dem Start des eigentlichen Herstellungsvorgangs mit der additiven Herstellvorrichtung ermittelt werden.

Claims

64 Patentansprüche
1 . Computergestütztes Verfahren zur Generierung eines Steuerdatensatzes für eine Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die additive Herstellvorrichtung eingerichtet ist, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld (8) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds (8) eine Anzahl von Strahlbündel-Emittern (23a, 23b) aufweist, von denen ausgehend eine Anzahl von Strahlbündeln (22a, 22b) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: einen ersten Schritt (S1 ) des Zugriffs auf computerbasierte Modelldaten eines Objektquerschnitts des herzustellenden Objekts, einen zweiten Schritt (S2) des Erzeugens eines Datenmodells eines zur Herstellung des Objektquerschnitts zu verfestigenden Bereichs einer Aufbaumaterialschicht, wobei in dem Datenmodell ein Abtasten von Stellen des zu verfestigenden Bereichs durch Bewegen eines Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in dem Baufeld spezifiziert wird, wobei in dem Datenmodell der zu verfestigende Bereich der Aufbaumaterialschicht in eine Mehrzahl von zu verfestigenden Teilbereichen aufgespalten ist, auf die jeweils ein Strahlbündel gerichtet wird, wobei es zumindest einen ersten zu verfestigenden Teilbereich (118a) und einen zweiten zu verfestigenden Teilbereich (118b) gibt, die im Baufeld an einer Grenze (118ab) aneinandergrenzen, wobei spezifiziert ist, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten zu verfestigenden Teilbereich (118a) zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten zu verfestigenden Teilbereich (118b) abgetastet werden, und 65 einen dritten Schritt (S3), in dem unter Berücksichtigung des im zweiten Schritt erzeugten Datenmodells der Steuerdatensatz für die Energieeintragsvorrichtung generiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem zu verfestigende Stellen an der Grenze (118ab) in dem ersten zu verfestigenden Teilbereich (118a) mit einem vorab ermittelten material- und/oder prozessspezifischen maximalen Zeitabstand zu zu verfestigenden Stellen an der Grenze (118ab) in dem zweiten zu verfestigenden Teilbereich (118b) abgetastet werden.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zu verfestigende Stellen in dem ersten zu verfestigenden Teilbereich (118a) mit einem maximalen Zeitabstand zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten zu verfestigenden Teilbereich (118b) abgetastet werden, der kleiner oder gleich 200ms, bevorzugt kleiner oder gleich 100ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 50ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 20ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 10ms ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem im ersten und im zweiten zu verfestigenden Teilbereich die Trajektorien jeweils im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Trajektorien im ersten und im zweiten zu verfestigenden Teilbereich unter einem Winkel zur Grenze (118ab) verlaufen.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem im ersten und im zweiten zu verfestigenden Teilbereich die Trajektorien im Wesentlichen parallel zur Grenze (118ab) verlaufen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die Trajektorien in den beiden zu verfestigenden Teilbereichen spiegelsymmetrisch zur Grenze angeordnet sind, wobei bevorzugt die Abtastrichtungen von Trajektorien in den beiden zu 66 verfestigenden Teilbereichen, die spiegelsymmetrisch zur Grenze sind, ebenfalls spiegelsymmetrisch sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Paare von Stellen, bevorzugt alle Paare von Stellen, beidseits der Grenze (118ab), deren Abstand zueinander geringer als das 1000-fache, bevorzugter geringer als das 500- fache, noch bevorzugter geringer als das 100-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 50-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 10-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 5-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 3-fache der Strahlbreite des Strahlbündels (22a) im ersten zu verfestigenden Teilbereich (118a) ist, zeitlich aufeinander abgestimmt verfestigt werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren bei Objektquerschnitten angewandt wird, die während der Herstellung einen nach unten zeigenden Oberflächenbereich des Objekts aufweisen, bevorzugt zusätzlich bei der Verfestigung der beiden Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb solcher Objektquerschnitte, noch weiter bevorzugt zusätzlich bei der Verfestigung von vier Objektquerschnitten unmittelbar oberhalb eines Objektquerschnitts mit während der Herstellung nach unten zeigendem Oberflächenbereich.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Abtastung der Stellen des zu verfestigenden Bereichs der Aufbaumatenalschicht Teilbereich für Teilbereich spezifiziert wird, wobei spezifiziert wird, dass nach einer Abtastung der Stellen des ersten zu verfestigenden Teilbereichs (118a) an der Grenze (118ab), bevorzugt nach einer Abtastung aller Stellen des ersten zu verfestigenden Teilbereichs (118), mit der Abtastung des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs (118b), bevorzugt mit der Abtastung der Stellen des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs (118b) an der Grenze (118ab), erst nach dem Ende eines Unterbrechungszeitraums At begonnen wird, wobei wenn der Unterbrechungszeitraum At eine zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax überschreitet, die Abtastung der Stellen des zu verfestigenden Bereichs derart spezifiziert wird, 67 dass ein Abstand (D‘) zwischen der der Grenze (118ab) nächstgelegenen Trajektorie im ersten zu verfestigenden Teilbereich (118a) und der der Grenze (118ab) nächstgelegenen Trajektorie im zweiten zu verfestigenden Teilbereich (118b) kleiner ist als ein durchschnittlicher Abstand (D) zwischen den Trajektorien im ersten zu verfestigenden Teilbereich (118a) und/oder zwischen den Trajektorien im zweiten zu verfestigenden Teilbereich (118b); und/oder alle Stellen in dem ersten zu verfestigenden Teilbereich (118a), deren Abstand zur Grenze (118ab) kleiner ist als ein vorgegebener Minimalabstand (1118), vor Beginn der Abtastung oder bei der Abtastung der Stellen des zweiten zu verfestigenden Teilbereichs (118b) nochmals abgetastet werden.
11 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein umso kleinerer Abstand (D‘) zwischen der der Grenze (118ab) nächstgelegenen Trajektorie im ersten zu verfestigenden Teilbereich (118a) und der der Grenze (118ab) nächstgelegenen Trajektorie im zweiten zu verfestigenden Teilbereich (118b) und/oder ein umso höherer Wert des Minimalabstands (1118) vorgegeben wird, je deutlicher der Unterbrechungszeitraum At die zulässige Unterbrechungszeitspanne tmax überschreitet.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei bei der Vorgabe des Werts des Abstands (D‘) zwischen der der Grenze (118ab) nächstgelegenen Trajektorie im ersten zu verfestigenden Teilbereich (118a) und der der Grenze (118ab) nächstgelegenen Trajektorie im zweiten zu verfestigenden Teilbereich (118b) und/oder der Vorgabe des Werts des Minimalabstands (1118) eine lineare, logarithmische oder exponentielle Abhängigkeit des Abstands (D1) und/oder des Minimalabstands (1118) vom Ausmaß der Überschreitung der zulässigen Unterbrechungszeitspanne tmax zugrunde gelegt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei es sich bei dem ersten zu verfestigenden Teilbereich (118a) und dem zweiten zu verfestigenden Teilbereich (118b) um einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt einer Konturlinie des Objektquerschnitts handelt. 68
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds (8) einen ersten Strahlbündel-Emitter (23a) aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel (22a) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter (23b), von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel (22b) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter (23a) ein erster Arbeitsbereich (8a) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel (22a) gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter (23b) ein zweiter Arbeitsbereich (8b) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel (22b) gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze (8ab) aneinandergrenzen, wobei die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (222a, 222b) in dem Baufeld (8) abgetastet werden, wobei die Energieeintragsvorrichtung (20) so gesteuert wird, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich (8a) zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich (8b) abgetastet werden.
15. Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die additive Herstellvorrichtung eingerichtet ist, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld (8) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds (8) einen ersten Strahlbündel-Emitter (23a) aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel (22a) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter (23b), von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel (22b) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter (23a) ein erster Arbeitsbereich (8a) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel (22a) gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter (23b) ein zweiter Arbeitsbereich (8b) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel (22b) gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze (8ab) aneinandergrenzen, wobei die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (222a, 222b) in dem Baufeld (8) abgetastet werden, wobei die Energieeintragsvorrichtung (20) so gesteuert wird, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich (8a) zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich (8b) abgetastet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem zu verfestigende Stellen an der Grenze (8ab) in dem ersten Arbeitsbereich (8a) mit einem vorab ermittelten material- und/oder prozessspezifischen maximalen Zeitabstand zu zu verfestigenden Stellen an der Grenze (8ab) in dem zweiten Arbeitsbereich (8b) abgetastet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich (8a) mit einem maximalen Zeitabstand zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich (8b) abgetastet werden, der kleiner oder gleich 200ms, bevorzugt kleiner oder gleich 100ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 50ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 20ms, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 10ms ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich (8a) im Wesentlichen zeitgleich mit bezüglich der Grenze (8ab) spiegelsymmetrischen zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich (8b) abgetastet werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem im ersten und im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorien jeweils im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Trajektorien im ersten und im zweiten Arbeitsbereich unter einem Winkel zur Grenze (8ab) verlaufen.
21 . Verfahren nach Anspruch 19, bei dem im ersten und im zweiten Arbeitsbereich die Trajektorien im Wesentlichen parallel zur Grenze (8ab) verlaufen.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , bei dem bei der Abtastung die Trajektorienabfolgerichtung im zweiten Arbeitsbereich bezüglich der Grenze (8ab) spiegelsymmetrisch zur Trajektorienabfolgerichtung im ersten Arbeitsbereich ist.
23. Verfahren nach Anspruch 21 , bei dem sowohl im ersten Arbeitsbereich (8a) als auch im zweiten Arbeitsbereich (8b) die Trajektorienabfolgerichtung von der Grenze (8ab) weg zeigt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei dem die Trajektorien in den beiden Arbeitsbereichen spiegelsymmetrisch zur Grenze angeordnet sind, wobei bevorzugt die Abtastrichtungen von Trajektorien in den beiden Arbeitsbereichen, die spiegelsymmetrisch zur Grenze sind, ebenfalls spiegelsymmetrisch sind.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, bei dem im Falle des Vorhandenseins mehrerer nicht zusammenhängender Objektquerschnittsbereiche, die jeweils die Grenze (8ab) überdecken, in zumindest einem der beiden Arbeitsbereiche nach und/oder vor einem im Wesentlichen vollständigen Abtasten eines Objektquerschnittbereichs eine Wartezeit vorgesehen wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, bei dem Paare von Stellen, bevorzugt alle Paare von Stellen, beidseits der Grenze (8ab), deren Abstand zueinander geringer als das 1000-fache, bevorzugter geringer als das 500-fache, noch bevorzugter geringer als das 100-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 50-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 10-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 5-fache, noch weiter bevorzugt geringer als das 3-fache der Strahlbreite des ersten Strahlbündels (22a) im ersten Arbeitsbereich (8a) ist, zeitlich aufeinander abgestimmt verfestigt werden.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei die Abtastrichtungen der Trajektorien in einer auf eine erste Schicht nachfolgenden zweiten Schicht um einen Winkel T gegenüber jenen der ersten Schicht verdreht sind, wobei die Drehrichtung im ersten Arbeitsbereich entgegengesetzt zur Drehrichtung im zweiten Arbeitsbereich ist.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 27, wobei das Verfahren bei der Verfestigung von Objektquerschnitten angewandt wird, die während der Herstellung einen nach unten zeigenden Oberflächenbereich des Objekts aufweisen, bevorzugt zusätzlich bei der Verfestigung der beiden Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb solcher Objektquerschnitte, noch weiter bevorzugt zusätzlich bei der Verfestigung von vier Objektquerschnitten unmittelbar oberhalb eines Objektquerschnitts mit während der Herstellung nach unten zeigendem Oberflächenbereich.
29. Additives Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels einer additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld (8) mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds (8) einen ersten Strahlbündel-Emitter (23a) aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel (22a) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter (23b), von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel (22b) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter (23a) ein erster Arbeitsbereich (8a) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel (22a) gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter (23b) ein zweiter Arbeitsbereich (8b) in 72 dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel (22b) gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze (8ab) aneinandergrenzen, wobei die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (222a, 222b) in dem Baufeld (8) abgetastet werden, wobei die Energieeintragsvorrichtung (20) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 bis 28 gesteuert wird.
30. Additives Herstellverfahren nach Anspruch 29, bei dem polymerbasiertes Aufbaumaterial verwendet wird.
31 . Additives Herstellverfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei Schichten, die zur Ausbildung eines Objektquerschnitts mit einem während der Herstellung nach unten zeigenden Oberflächenbereich des Objekts selektiv verfestigt werden, bevorzugt zusätzlich Schichten, die zur Ausbildung der beiden Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb solch eines Objektquerschnitte selektiv verfestigt werden, noch weiter bevorzugt zusätzlich Schichten, die zur Ausbildung der vier Objektquerschnitte unmittelbar oberhalb eines Objektquerschnitts mit während der Herstellung nach unten zeigendem Oberflächenbereich selektiv verfestigt werden, mit einem Bruchteil der Normschichtauftragsdicke, bevorzugt der halben Normschichtauftragsdicke, aufgetragen werden.
32. Ansteuervorrichtung (39) einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei die additive Herstellvorrichtung eingerichtet ist, das Objekt herzustellen durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld (8) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die Energieeintragsvorrichtung oberhalb des Baufelds (8) einen ersten Strahlbündel-Emitter (23a) aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel 73
(22a) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter (23b), von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel (22b) auf das Baufeld (8) gerichtet wird, wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter (23a) ein erster Arbeitsbereich (8a) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel (22a) gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter (23b) ein zweiter Arbeitsbereich (8b) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel (22b) gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze (8ab) aneinandergrenzen, wobei die Ansteuervorrichtung eine Abtast-Steuereinheit aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie die Energieeintragsvorrichtung veranlasst, die Verfestigungsstellen in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (222a, 222b) in dem Baufeld (8) abzutasten, wobei die Abtast-Steuereinheit die Bewegungen des ersten und zweiten Strahlbündels so koordiniert, dass zu verfestigende Stellen in dem ersten Arbeitsbereich (8a) zeitlich abgestimmt zu zu verfestigenden Stellen in dem zweiten Arbeitsbereich (8b) abgetastet werden.
33. Additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einem Baufeld (8) mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, wobei die additive Herstellvorrichtung aufweist: eine Schichtaufbringvorrichtung (16), die geeignet ist, eine Schicht eines Aufbaumaterials auf eine bereits vorhandene, bevorzugt bereits selektiv verfestigte, Aufbaumaterialschicht aufzubringen, und eine Energieeintragsvorrichtung (20), die geeignet ist, Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zuzuführen, wobei die Energieeintragsvorrichtung (20) 74 oberhalb des Baufelds (8) einen ersten Strahlbündel-Emitter (23a) aufweist, von dem ausgehend ein erstes Strahlbündel (22a) auf das Baufeld (8) gerichtet werden kann, sowie einen zweiten Strahlbündel-Emitter (23b), von dem ausgehend ein zweites Strahlbündel (22b) auf das Baufeld (8) gerichtet werden kann, wobei dem ersten Strahlbündel-Emitter (23a) ein erster Arbeitsbereich (8a) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das erste Strahlbündel (22a) gerichtet werden kann, und dem zweiten Strahlbündel-Emitter (23b) ein zweiter Arbeitsbereich (8b) in dem Baufeld (8) zugeordnet ist, auf den das zweite Strahlbündel (22b) gerichtet werden kann, wobei der erste und der zweite Arbeitsbereich an einer Grenze (8ab) aneinandergrenzen, wobei die Verfestigungsstellen einer Schicht in dem ersten und zweiten Arbeitsbereich jeweils durch Bewegen des ersten bzw. zweiten Strahlbündels entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (222a, 222b) in dem Baufeld (8) abgetastet werden, wobei die additive Herstellvorrichtung eine Vorrichtung nach Anspruch 32 aufweist und/oder mit einer Vorrichtung nach Anspruch 32 signaltechnisch verbunden ist.
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