WO2023213690A1 - Verfahren und vorrichtung zur generierung von bestrahlungs-steuerdaten für eine vorrichtung zur additiven fertigung eines bauteils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur generierung von bestrahlungs-steuerdaten für eine vorrichtung zur additiven fertigung eines bauteils Download PDF

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WO2023213690A1
WO2023213690A1 PCT/EP2023/061191 EP2023061191W WO2023213690A1 WO 2023213690 A1 WO2023213690 A1 WO 2023213690A1 EP 2023061191 W EP2023061191 W EP 2023061191W WO 2023213690 A1 WO2023213690 A1 WO 2023213690A1
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Ludger HÜMMELER
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Eos Gmbh Electro Optical Systems
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    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting

Definitions

  • the invention relates to a method and a device (“control data generation device”) for generating irradiation control data for a device for the additive manufacturing of a component in a manufacturing process in which the component in the form of component layers is produced in a construction field by selective solidification of building material by means of irradiation of the Building material is built with at least one energy beam.
  • the invention further relates to corresponding control data, a method for the additive manufacturing of a component with such control data, a device for additive manufacturing, and a control device for such a device.
  • additive manufacturing processes are those manufacturing processes in which a manufactured product (“component”) is usually built on the basis of digital 3D design data by depositing material (the “construction material”). The structure is usually, but not necessarily, done in layers.
  • 3D printing is often used as a synonym for additive manufacturing; the production of models, samples and prototypes with additive manufacturing processes is often referred to as “rapid prototyping”, the production of tools as “rapid tooling” and flexible Production of series components is referred to as “rapid manufacturing”.
  • a key point is the selective solidification of the building material, with this solidification being achieved in many manufacturing processes with the help of irradiation with radiant energy, e.g. B. electromagnetic radiation, in particular light and / or heat radiation, but possibly also with particle radiation such as. B. electron radiation can take place.
  • radiant energy e.g. B. electromagnetic radiation, in particular light and / or heat radiation, but possibly also with particle radiation such as. B. electron radiation can take place.
  • processes that work with irradiation are “selective laser sintering” or “selective laser melting”.
  • Thin layers of a mostly powdery building material are repeatedly applied one on top of the other and in each layer the building material is selectively solidified by spatially limited irradiation of the areas that are to be part of the component to be manufactured after production in a “welding process” in which the powder grains of the building material are with the help partially or completely melted by the energy introduced locally at this point by the radiation. During cooling, these powder grains then solidify together to form a solid.
  • the energy beam is usually directed along solidification paths over the The construction field is guided and the remelting or solidification of the material in the respective layer takes place in the form of “welding tracks” or “welding beads”, so that ultimately there are a large number of such layers formed from welding tracks in the component. In this way, components with very high quality and breaking strength can now be manufactured.
  • energy beams are usually used, for example laser beams, which have essentially rotationally symmetrical intensity distributions.
  • a rotationally symmetrical intensity distribution often corresponds to a Gaussian profile.
  • Gaussian intensity distribution the intensity is highest in the center of the energy beam and weakens in all directions radially outwards transverse to the direction of propagation (also called “beam direction” or “beam axis” for short) according to a Gaussian function or Gaussian curve.
  • the energy beam is guided over the construction field according to irradiation control data.
  • both the movement of the energy beam and its intensity are specified by the irradiation control data.
  • the control signal for the intensity can only indicate when the energy beam is switched on and when it is switched off, but intensity control can also be carried out or the energy beam can be operated in a pulsed manner.
  • the control data is usually determined directly from geometric data of a component or its component layer, in particular by triangulation. Scan vectors are determined along which the energy beam should be moved, with a large number of scan vectors often describing a path (“target path”). Starting from the target path, this is usually a polygon made up of individual path segments, the scan vectors. However, the problem of path segments that are too short often occurs, which leads to undesirable results, particularly in pulsed operation.
  • the triangulation of components with highly structured surfaces leads to strongly kinked target paths with correspondingly short distances between the kinks.
  • control devices work with a fixed control cycle, for example with 100 kHz (i.e. steps of 10 ps each)
  • a method according to the invention is used to generate irradiation control data for a device for the additive manufacturing of a component in a manufacturing process in which the component is built in layers in a construction field by selective solidification of building material by irradiating the building material with at least one energy beam.
  • the building material is preferably a liquid, a powder or granules.
  • Preferred materials are resin, polymer, a metal-based powder with a metal content of preferably at least 50%, in particular at least 60%, 70%, 80%, 90% or even 90% or a metal powder, a ceramic or mixed materials (e.g. alumide, a product of Applicant), materials for cold metal fusion (brand name for a combined melting/sintering process using polymer-coated metal particles as building material) or generally polymer-coated particles.
  • the method according to the invention comprises the following steps:
  • a standardized target path is formed from standard path segments whose spatial length is an integer multiple (i.e. N times with the positive integer N greater than zero) of a standard length, which is determined from a predetermined scan control clock of the device,
  • irradiation control data such that the additive manufacturing device can use these irradiation control data to generate a component layer with a solidification of building material along the number of standardized target paths
  • a component data set is generally known to those skilled in the art and includes the geometric data (“geometry data”) of the component or at least a component layer of the component. This can be, for example, CAD data or data converted from CAD data.
  • a component can also be defined by predefined control data.
  • the initially relevant control data here is the data on target trajectories (“trajectory data set”).
  • trajectory data set includes at least scan path segments (scan vectors) for producing a component layer of the component, but can also include further exposure data, e.g. information about the intensity or pulse pattern with which the irradiation takes place.
  • This part data set is staged, which means that it is received, loaded from memory, or created from CAD data or other geometric data of the part.
  • the component data set therefore already includes a predetermined target path or there is sufficient information with which a target path can be determined.
  • the method according to the invention now creates a special target path or modifies a given target path.
  • This special target path is referred to here as the “standardized target path”, which is composed of path segments, a portion of which is (specifically) formed from standard path segments.
  • These standard path segments are not arbitrary path segments (referred to here as “scan path segments”), but certain rules apply to the length of these path segments. How exactly a target path is created from a component data set is state of the art and is regularly implemented in practice when converting component data sets into control commands.
  • Standard path segments have a spatial length that is an integer multiple (single, double, triple, ..., N-fold) of a standard length. This standard length is always determined from a predetermined scan control cycle of the device and possibly also from other parameters, in particular the scanning speed.
  • scan control cycle corresponds in particular to the control cycle of the prior art and determines at least the timing of control of the energy beam with at least one energy beam parameter value as well as the timing of the operation of a scanner (e.g. a galvanometer scanner and/or a polygon scanner) with at least one position specification, e.g. B. in the form of a 2D coordinate.
  • the scan speed v is given for the area of a target path
  • the “scan speed” used here is theoretical Speed as intended to be used during later production and not a real scanning speed during production. To emphasize this, we will refer to it as the “target scan speed” below. It may well differ from the “manufacturing scanning speed,” i.e. the speed at which production runs. However, the manufacturing scanning speed is affected by the control data. With the method according to the invention, the production scanning speed can be significantly optimized based on a target scanning speed.
  • the scan control cycle can basically depend on several components, such as the control unit, beam guide and other electronic and mechanical components. Finally, the action specified for this period of time must also be carried out within a cycle. For better understanding, however, it can be assumed that the control unit alone sets the pace and it can be assumed that the manufacturing device completes all actions in a timely manner.
  • the scan control cycle is often a fixed parameter of the control unit.
  • the scan control cycle is a predetermined cycle at whose time intervals control information is transferred and processed. This is done, for example, in such a way that a point and a radiation power are specified in each time interval and the specified point is approached while irradiation is carried out with the specified radiation power. Paths to points that are further away are therefore irradiated less than paths to points that are closer because the beam has to move faster to reach the specified end point.
  • the method according to the invention solves this problem by adapting the distances between the points to the specified scan control cycle.
  • the length of standard path segments is n times the standard length
  • the corresponding standard path segments are also traversed within n scan control cycles. For example, a standard path segment with the standard length is traversed within a single scan control cycle, and a standard path segment with three times the standard length is traversed within three scan control cycles.
  • the entire standardized target path consists of standard path segments and not necessarily the majority of them either. For example, in the area of sharp curves or corners or to compensate for remaining lengths, it may be advantageous to choose other (shorter) path segments.
  • a target path that happens to include a number of standard path segments cannot be called a standardized target path because they were not specifically inserted there.
  • standard path segments have been set specifically. This can be recognized, for example, by the fact that there is a sequence of two, three or more standard path segments or that, at least after a sharp curve or corner of the target path, a number of standard path segments follow directly.
  • a standardized target path preferably contains more than 10% standard path segments, preferably more than 30% or 50%, in particular more than 70% or 80%, or preferably at least a quarter or in particular more than half. Particularly preferably, in a standardized target path, two, three or more standard path segments follow one another, although these do not necessarily all have to be the same length, but can be integer multiples of the standard length.
  • the generation of irradiation control data is known in the art and is regularly carried out when converting component data sets into control commands in such a way that an additive manufacturing device can use these irradiation control data to produce a component layer with a solidification of building material .
  • the special feature is that not (only) conventional target trajectories are included in the irradiation control data, but (also) standardized target trajectories. Only standardized target trajectories can be included in the irradiation control data, as well as standardized target trajectories and (conventional) target trajectories together. However, at least one standardized target path must always be included in the irradiation control data, preferably a large number of these standardized target paths.
  • the output of the irradiation control data is known in the art. These can first be output to a storage device for later use (and stored there) and/or transferred (directly) to a device for the additive manufacturing of a component.
  • the construction material is preferably a metal powder or at least a metal-based powder.
  • a powder preferably contains more than 50% metal, in particular more than 60%, 70%, 80% or even more than 90% metal.
  • the invention is not limited to this, but can also be used with other, preferably powdery, construction materials, such as plastics or ceramics or mixtures of the various materials.
  • building material is solidified (in particular selectively) by irradiating the building material with at least one energy beam generated by an irradiation unit of the manufacturing device (thus an energetic beam made of photons or particles, e.g. a light beam or a electron beam meant).
  • an energy beam made of photons or particles, e.g. a light beam or a electron beam meant.
  • the energy beam usually goes a little deeper into the material bed and also reaches underlying, already remelted material from previously applied material layers.
  • irradiation control data can be generated, which is used to control an additive manufacturing device serve.
  • these irradiation control data are characterized by the fact that they include standardized target trajectories or are at least partially based on them.
  • the irradiation control data preferably also includes further construction instructions such as layer application of building material and in particular the lowering of the construction platform between the production of the component layers. This is implicit in an arrangement of two component layers, since a new component layer can only be created on an already solidified area by applying new building material. Due to this order it is usually necessary to lower the construction platform.
  • the invention can be applied to a complete component layer.
  • their particular advantages lie where (connected) non-rectilinear paths are present. This is particularly the case in the area of (outer or inner) contours of a component layer, in the area of onion-shaped paths or spiral-shaped paths.
  • the invention has the advantage of a very homogeneous energy input during production.
  • the component is built in layers in the form of component layers in a construction field by selective solidification of building material, preferably comprising a metal-based powder, by irradiating the building material with at least one energy beam in accordance with the control data according to the invention.
  • the energy beam is at least partially guided over standardized target paths in accordance with the irradiation control data. Because these standardized target paths have standard path segments, there is at least a correct energy input during production there.
  • a control data generation device is used to generate irradiation control data according to the invention (according to the method according to the invention) for a device for the additive manufacturing of a component in a manufacturing process in which the component in the form of component layers is produced in a construction field by selective solidification of building material, preferably comprising a metal-based Powder, is built up by irradiating the building material with at least one energy beam.
  • the control data generation device includes the following components: - a data interface designed to receive a component data set comprising geometry data of at least one component layer of the component and/or comprising a trajectory data set with scan path segments for producing a component layer of the component,
  • a normalization unit designed to generate a number of standardized target paths from the component data set, a standardized target path being formed from standard path segments whose spatial length is an integer multiple of a standard length, which is derived from a predetermined scan control cycle the device is determined,
  • control data generation unit designed to generate irradiation control data such that the additive manufacturing device can use these irradiation control data to generate a component layer with a solidification of building material along the number of standardized target paths
  • a data interface designed to output the irradiation control data to a storage device and/or to a device for the additive manufacturing of a component.
  • a control device serves a device for the additive manufacturing of a component in a manufacturing process in which the component in the form of component layers is layered in a construction field by selective solidification of building material, preferably comprising a metal-based powder, by irradiating the building material with at least one energy beam using an irradiation device is constructed.
  • the control device is designed to control the device for additive manufacturing of the component layers of the component according to irradiation control data according to the invention.
  • the control device according to the invention preferably comprises a control data generation device according to the invention.
  • a device according to the invention (“manufacturing device”) is used for the additive manufacturing of at least one component in an additive manufacturing process. At least it includes
  • an irradiation device in order to selectively solidify building material by irradiation with at least one energy beam, in particular between the application of two material layers, and
  • the device according to the invention can also have several irradiation devices, which are then controlled in a coordinated manner with the control data, as mentioned above.
  • the energy beam can also consist of several superimposed energy beams or that the energy beam is both particle radiation and electromagnetic radiation, such as. B. light or preferably laser radiation.
  • the invention can be implemented in particular in the form of a computer unit, in particular in a control device, with suitable software.
  • This refers in particular to the creation of control data, since the production of a component takes place using additional components.
  • the computer unit can, for example, have one or more cooperating microprocessors or the like.
  • it can be implemented in the form of suitable software program parts in the computer unit.
  • a largely software-based implementation has the advantage that previously used computer units, in particular in control devices of manufacturing devices, can be easily retrofitted by a software or firmware update in order to work in the manner according to the invention.
  • a corresponding computer program product with a computer program, which can be loaded directly into a memory device of a computer unit, with program sections for all steps of the method according to the invention (at least those that relate to the generation of control data, but possibly also those that serve to transmit the control data for a manufacturing process) when the program is executed in the computer unit.
  • a computer program product may optionally contain additional components such as documentation and/or additional components, including hardware components such as: B. Hardware keys (dongles etc.) for using the software.
  • a computer-readable medium for example a memory stick, a hard drive or another transportable or permanently installed data carrier, on which the program sections of the computer program that can be read and executed by a computer unit are stored, can be used for transport to the computer unit and/or for storage on or in the computer unit.
  • the standard length is determined by calculating a path that can be covered within the time period of an interval of a scan control cycle with a predetermined target scan speed.
  • the step of determining the standard length is preferably carried out in a step upstream of the manufacturing process. For example, it can be carried out as part of the development of process parameter value sets for certain materials and/or reference component geometries.
  • the specified (target) scanning speed can be a speed averaged from a speed curve to which an energy beam is to be accelerated or according to which an energy beam is actually accelerated when a certain distance and a duration for covering this distance for a certain scanner (energy beam -deflection device).
  • the target scanning speed is specified as a function of a desired energy input and/or a desired pulse frequency of the energy beam and/or a geometry of the component and/or a quality criterion and/or a user specification.
  • the target scanning speed can certainly change within a target path or between two areas of the component layer.
  • a target path e.g. in the form of a polygon
  • standard path segments with different target scanning speeds can be determined.
  • a standard length is derived from a target scanning speed, so that the same standard length applies within an area of a target path that is to be traveled at the same target scanning speed.
  • An improvement of the method can also be achieved by setting the target speed based on a measure of a geometric complexity is chosen.
  • a measure of the complexity of an area of the component layer can, for example, be a value corresponding to a fractal dimension, although a minimum value for scaling greater than zero is assumed.
  • a deviation can also be specified by a user specification or a default setting, which indicates how large manufacturing tolerances can be. Since the standard length preferably depends on the target scanning speed, a standardized target path can be designed in such a way that a shorter standard length (lower target speed) is used in areas of high geometric complexity than in regular areas.
  • the target speed can be selected to be higher overall, since, for example, fine details of the component can also be worked out via post-processing. It is therefore particularly preferred to specify a maximum geometric deviation of the manufacturing accuracy at least for areas of a component and/or a component layer and to select a maximum possible target scanning speed within the scope of this deviation.
  • the end result is that the irradiation of the component layer is as homogeneous as possible.
  • the frequency of the energy beam and/or the absorption capacity of the construction material as well as the target scanning speed or the angle of impact or the intensity distribution of the energy beam can also be taken into account.
  • the term “intensity distribution” includes the geometric shape or extent of the energy beam in a sectional plane (cross-sectional area) perpendicular to the beam direction or beam axis and also the spatial distribution of the intensity over the cross-sectional area, i.e. in particular the positions of maxima and minima.
  • the quality criterion it should be noted that different materials can produce components of different quality with the same irradiation.
  • the desired strength of the component or the accuracy of dimensions is a preferred quality criterion.
  • the component data set comprises a trajectory data set, which (in turn) comprises a number of original target paths, an original target path (exactly one or at least one) being formed from scan path segments, and the normalized target path using Modifying the original target path by replacing a majority of its scan path segments with standard path segments. So target paths already exist (with non-standardized path segments) and the path segments of these target paths are replaced by standard path segments during the modification. Path deviations can occur, but these are tolerated.
  • the standard path segment should always be used (with an integer multiple of the standard length) which leads to the smallest deviation from the original target path at the respective point. For example, if there is a target path with curves and the modification is started at the beginning of the original target path, the scan path segments of the original target path are replaced by a chain of standard path segments. If you now get to the first curve of the original target path, you look at which standard path segment (with an integer multiple of the standard length) would lead to the smallest deviation from the original target path and use this standard path segment. The next standard path segment is then preferably selected and oriented in such a way that the smallest deviation from the original target path occurs. In particular, long straight sections of the original target path can certainly be approximated with a wave pattern made up of standard path segments if the length of this straight section does not correspond to an integer multiple of the standard length.
  • scan path segments in the original target path whose length falls below a predetermined limit (e.g. the standard length or an integer multiple of the standard length). These scan path segments are then replaced by standard path segments. Alternatively or additionally, starting from a predetermined point of the original target path (e.g. from the beginning or from a curve or corner), scan path segments of the original target path, in particular a chain of scan path segments, are replaced by a chain of standard path segments.
  • a predetermined point of the original target path e.g. from the beginning or from a curve or corner
  • the component data set includes geometry data of at least one component layer of the component.
  • a number of standardized target paths is then determined from the geometry data, so that the component layer can be constructed at least partially from standard path segments.
  • the general procedure is basically known in the prior art and is used to generate the aforementioned original target trajectories.
  • the special feature in the sense of the invention is that no longer (only) arbitrary path segments can be used, but at least some of the path segments must be standard path segments.
  • the component data set partially has (original) target paths. These can then be modified and standardized target trajectories can be created directly in the other areas.
  • the previous alternatives can both be used in different areas of a component layer.
  • a target path is determined by path points.
  • the path segments (standard and scan path segments) then preferably correspond to straight-line paths between successive path points, but could also correspond to curvilinear path segments such as circular arc sections or splines.
  • a standardized target path comprising standard path segments.
  • a structure of the component layer in question is at least partially approximated from standard path segments.
  • a target path (the original and/or the standardized one) is a polygon. This target path was created in particular by triangulating a computer-generated geometry of the component and subsequent slicing.
  • the general generation of target trajectories is known in the prior art.
  • the surface of a component is represented by one or more surface segments (patches) that are described mathematically.
  • the intersection curves are determined with the exposure plane. If this is difficult or not possible analytically, an approximation (e.g. as a polygon) of these intersection curves can also be determined. What is not known in the prior art is that this approximation is done using standard path segments.
  • the intersection curves of a composite, closed component surface are sorted in their order and attached to one another in such a way that a closed curve is created, i.e. intersection curves from neighboring surface segments are attached to one another again.
  • the target path in the exposure plane can be offset in the direction of the normal of the target path (which is perpendicular to the target path in the exposure plane) as part of a “beam offset”.
  • This step can be carried out with the intersection curves before the approximation, which means that the standard length can be taken into account during the approximation.
  • this step can be carried out with the already approximated path segments, in which case the normalization only takes place after the offset has been calculated, since the offset changes the length of the path segments.
  • a number of path points of an original target path or a number of points in geometry data is predetermined as a corresponding number of path fixed points.
  • These fixed path points are points at which the standardized target path should run. There should therefore be no deviation from the original target path or the standardized target path should at least lie at a fixed path point on the original target path.
  • the standard path segments are arranged in the standardized target path in such a way that they touch the number of fixed path points and in particular originate there and/or end there.
  • there is an included angle in a path section of a target path which is less than a predetermined limit angle or there is a curve whose curve radius is less than a certain limit radius.
  • the course of the standardized target path is formed with scan path segments whose length differs from an integer multiple of the standard length and is in particular shorter than the standard length. So no standard path segments are used there.
  • the course of a standardized target path is determined as a function of a predetermined path width of a solidification path solidified along this standardized target path during the production of the component layer in question.
  • the path width of a consolidation path that would arise on such a target path is determined in advance. All that is basically required is specialist knowledge (or an experiment) of what a solidification path would look like that would be created with the specified target scanning speed and beam intensity (possibly also pulse mode). With this knowledge, it can then be easily determined, for example, which position the (standardized) target paths should have.
  • the distance between two adjacent standardized target tracks is preferably essentially smaller than the track width and the distance of a standardized target track to the edge of the component layer is preferably less than or equal to half the track width.
  • the expression “essentially” means that this should apply to at least 60% of the respective path, in particular to at least 80%.
  • an original target path (see above) is modified, if it runs on the edge of the component layer, standard path segments, which replace scan path segments of this original target path, run between the original target path and the edge or on the original target path . So there should not be any material missing from the edge, but at most there should be too much material there, since subsequent removal of material is easier than subsequent addition of material.
  • further irradiation control data is provided, which includes data on which areas of the path segments the energy beam of the device is switched on and off or is used in a pulsed manner and/or what power the energy beam should have.
  • the further irradiation control data is then preferably additionally (appropriately) modified. This means in particular that the passages where the energy beam is switched on are adapted to the corresponding standard path segments.
  • This embodiment allows the production of the component to be optimized since, particularly when the desired power of the energy beam is known, it is also known which areas of the component layer should be irradiated as homogeneously as possible.
  • the method according to the invention basically ensures homogeneous irradiation through the use of the standard web segments, it can certainly happen that the standard length of standard web segments changes, for example in areas in which a different target scanning speed is used for production reasons.
  • the power of the energy beam is controlled depending on the respective length of path segments, so that the power of the energy beam is greater for longer path segments than for shorter path segments. Since the longer path segments are often traversed during production at a higher actual production scanning speed than the shorter ones and therefore different amounts of energy would be input per area per unit of time with identical power, this step allows a more homogeneous energy input to the component surface.
  • the precise way to control performance can be determined through calculations or through testing.
  • the power of the energy beam is preferably controlled in such a way that the same amount of energy is introduced into the construction material during production on all relevant path segments. Of course, different areas with different desired energy input can be selected in a component layer. The preceding considerations then apply within such an area.
  • 1 shows a schematic, partially sectioned view of an exemplary embodiment of a device for additive manufacturing
  • 2 shows a block diagram of a possible process sequence of an exemplary embodiment of a method according to the invention
  • Figure 3 shows an example of an original target path according to the prior art
  • Figure 5 shows an example of a standardized target path at the edge of a component layer
  • Figure 6 shows an example of a standardized target path with a fixed path point
  • Figure 7 Examples of standardized target paths that were created by modifying an original target path.
  • Such a manufacturing device 1 is shown schematically in Figure 1.
  • the device has a process chamber 3 or a process space 3 with a chamber wall 4 in which the manufacturing process essentially takes place.
  • the process chamber 3 there is an upwardly open container 5 with a container wall 6.
  • the upper opening of the container 5 forms the current working level 7.
  • the area of this working level 7 located within the opening of the container 5 can be used to build the object 2 and is therefore referred to as construction site 8.
  • the container 5 has a base plate 11 which is movable in a vertical direction V and which is arranged on a support 10. This base plate 11 closes the container 5 at the bottom and thus forms its base.
  • the base plate 11 can be formed integrally with the carrier 10, but it can also be a plate formed separately from the carrier 10 and attached to the carrier 10 or simply stored on it.
  • a building platform 12 can be attached to the base plate 11 as a building base on which the object 2 is built. In principle, the object 2 can also be built on the base plate 11 itself, which then forms the construction base.
  • the basic construction of the object 2 is carried out by first applying a layer of building material 13 to the building platform 12, then - as explained later - with a laser beam 22 as an energy beam at the points which are to form parts of the object 2 to be manufactured, the building material 13 is selectively solidified, then with the help of the carrier 10 the base plate 11, thus the building platform 12 is lowered and a new layer of the building material 13 is applied and selectively solidified, etc.
  • the object 2 built in the container on the building platform 12 is below the working level 7 is shown in an intermediate state. It already has several solidified layers, surrounded by building material 13 that remains unsolidified.
  • Various materials can be used as building material 13, preferably powder, in particular metal powder, plastic powder, ceramic powder, sand, filled or mixed powder or even pasty materials and optionally a mixture of several materials .
  • Fresh building material 15 is located in a storage container 14 of the manufacturing device 1. With the help of a coater 16 that can be moved in a horizontal direction H, the building material can be applied in the working plane 7 or within the construction area 8 in the form of a thin layer.
  • an additional radiation heater 17 in the process chamber 3. This can be used to heat the applied building material 13, so that the irradiation device used for the selective solidification does not have to input too much energy.
  • An infrared radiator or VCSEL radiator, for example, can be used as the radiant heater 17.
  • the manufacturing device 1 has an irradiation device 20 or, more specifically, an exposure device 20 with a laser 21.
  • This laser 21 generates a laser beam 22, which is deflected via a deflection device 23 to trace the exposure paths or tracks (hatch lines/scan vectors) provided according to the exposure strategy in the layer to be selectively solidified and to selectively introduce the energy.
  • this laser beam 22 is suitably focused on the working plane 7 by a focusing device 24.
  • the irradiation device 20 is here preferably outside the process chamber 3 and the laser beam 22 is guided into the process chamber 3 via a coupling window 25 attached to the top of the process chamber 3 in the chamber wall 4.
  • the irradiation device 20 can, for example, comprise not just one but several lasers.
  • This can preferably be a gas or solid-state laser or any other type of laser such as.
  • B. act laser diodes in particular VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) or VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) or a row of these lasers.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • VECSEL Very External Cavity Surface Emitting Laser
  • one or more unpolarized single-mode lasers e.g. B. a 3 kW fiber laser with a wavelength of 1070 nm can be used.
  • a control device 30 comprising a control unit 29, which controls the components of the irradiation device 20, namely here the laser 21, the deflection device 23 and the focusing device 24, and for this purpose transfers the corresponding process control data PS to them.
  • the control unit 29 also controls the radiant heater 17 using suitable heating control data HS, the coater 16 using coating control data ST and the movement of the carrier 10 using carrier control data TS and thus controls the layer thickness.
  • the control device 30 is coupled, here for example via a bus 60 or another data connection, to a terminal 40 with a display or the like. An operator can use this terminal 40 to control the control device 30 and thus the entire laser sintering device 1, e.g. B. by transmitting process control data PS.
  • control data PS is generated or modified in the manner according to the invention by means of a control data generation device 34 in such a way that the device 1 is controlled at least temporarily in a mode according to the invention.
  • the control data generating device 34 here comprises a data interface 35 designed to receive a component data set TD.
  • This component data set TD here includes geometry data of the component layers of component 2 or a trajectory data set TD, as shown in the following figures, with scanning path segments B for producing a component layer of component 2.
  • control data generating device 34 includes a normalization unit 36, designed to generate a number of normalized target trajectories T2 from the component data set TD, for example by modifying trajectory data sets TD as shown in the following figures.
  • a standardized target path T2 is formed from standard path segments nB, the spatial length of which is an integer multiple of a standard length N, which in turn is determined from a predetermined scan control clock of the device 1.
  • control data generation device 34 includes a control data generation unit 37, which is designed to generate irradiation control data BS, which is part of the process control data PS.
  • the aforementioned data interface 35 is here additionally designed so that the irradiation control data BS can be output via it to the device 1 for the additive manufacturing of a component 2.
  • a separate data interface can also be used for this purpose.
  • control data generating device 34 is implemented on an external computer unit, for example the terminal 40, and already generates process control data PS with correspondingly suitable irradiation control data BS in advance, with which the device 1 is then controlled.
  • This process control data PS, or irradiation control data BS, can then be stored in a memory of the computer unit until it is used.
  • the present invention is not limited to such a manufacturing device 1. It can be applied to other methods for the generative or additive production of a three-dimensional object by layer-by-layer application and selective solidification of a building material, with an energy beam being delivered to the building material to be solidified for solidification. Accordingly, the irradiation device can also The device could not only be a laser, as described here, but any device could be used with which energy can be selectively applied to or into the building material in the form of wave or particle radiation. For example, another light source, an electron beam, etc. could be used instead of a laser.
  • the building material is scanned layer by layer by the energy beam 22 at locations that correspond to the cross sections of the objects in the respective layer.
  • Figure 2 shows a block diagram of a possible process sequence of an exemplary embodiment of a method according to the invention for generating irradiation control data BS for a device 1 for the additive manufacturing of a component 2 in a manufacturing process in which the component 2 is formed layer by layer in a construction area 8 by selective solidification of building material 13 is constructed by irradiating the building material 13 with at least one energy beam 22.
  • a component data set TD which includes geometry data of at least one component layer of the component 2 and/or comprising a trajectory data set TD with scan path segments B for producing a component layer of the component 2. This is symbolized here with a trajectory data set TD with an original target trajectory T1.
  • standardized target trajectories T2 are generated from the component data set TD, here by modifying the original target trajectories T1.
  • a standardized target path T2 is formed from standard path segments nB, the spatial length of which is an integer multiple of a standard length N, which is determined from a predetermined scan control clock of the device 1.
  • the standard length N can, for example, be set in such a way that a target scanning speed v1, v2 (see, for example, Figure 7) is first determined, e.g. B. depending on a process window for processing a specific construction material and / or a maximum scanner dynamics and / or a productivity criterion and / or a manufacturing quality criterion, and the distance is calculated that an energy beam would travel over the duration of a scan control cycle (or an integer multiple of scan control cycles) would be conducted over a construction field 8 at this scanning speed v1, v2.
  • a target scanning speed v1, v2 see, for example, Figure 7
  • irradiation control data BS is generated in such a way that a manufacturing device 1, as shown for example in Figure 1, can use this irradiation control data BS to produce component layers with a solidification of building material 13 along the number of standardized target paths T2.
  • a manufacturing device as shown for example in Figure 1
  • it can be examined whether there are scan path segments B in the original target path T1 whose length is less than the standard length or an integer multiple of this standard length. These scan path segments B are then replaced by standard path segments nB.
  • standard path segments nB are then replaced by standard path segments nB.
  • step IV these irradiation control data BS are then output to a storage device and/or to a manufacturing device 1.
  • Figure 3 shows an example of an original target path T1 according to the prior art, which is determined by path points and whose scan path segments B correspond to straight-line paths between successive path points. Traversing these scan path segments B, which have different lengths, takes an individual time for each scan path segment B, which is displayed here.
  • FIG 4 shows an example of a standardized target path T2, which was created as part of a modification of the original target path T1 from Figure 3, which is still indicated here with dots.
  • This standardized target path T2 has standard path segments nB, all of which have a standard length N and whose travel requires a fixed time, which is predetermined by the scan control clock. As you can see, the standardized target path T2 only approximates the original target path T1 and does not lie exactly on the original target path T1 at all points (arrows).
  • Figure 5 shows an example of a standardized target path T2 at the edge R of a component layer.
  • standard path segments nB lie above and below the original target path T1
  • standard path segments nB are now always arranged towards the edge if the standardized target path T1 deviates from the original target path T1. This is because while the edge of the component can be easily reworked by removing material, adding material is more difficult.
  • Figure 6 shows an example of a standardized target path T2 with a fixed path point F.
  • This fixed path point F has already been set on the original target path T1 and represents a point at which a path segment B, nB should end.
  • no standard path segment nB is used, but rather a shorter scan path segment B in order to reach this fixed path point F.
  • the system then continues from this fixed path point F with standard path segments nB.
  • Figure 7 shows examples of standardized target paths T2, which were created by modifying an original target path T1.
  • Two options for standardized target trajectories T2 are shown at the top and bottom right, which can result from different scanning speeds V1, V2.
  • the scanning speed v1 is greater at the top and the scanning speed v2 is smaller at the bottom, which leads to larger standard lengths N at the top. According to the different standard lengths N, the course of the original target path T1 is also approximated differently.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Generierung von Bestrahlungs-Steuerdaten (BS) für eine Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung eines Bauteils (2) in einem Fertigungsprozess, in welchem in einem Baufeld (8) das Bauteil (2) schichtweise durch selektive Verfestigung von Aufbaumaterial (13) mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials (13) mit zumindest einem Energiestrahl (22) aufgebaut wird, das Verfahren umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Bauteil-Datensatzes (TD) umfassend Geometriedaten zumindest einer Bauteilschicht des Bauteils (2) und/oder umfassend einen Trajektorien-Datensatz 10 (TD) mit Scan-Bahnsegmenten (B) zur Herstellung einer Bauteilschicht des Bauteils (2), - Erzeugen einer Anzahl von normierten Sollbahnen (T2) aus dem Bauteil-Datensatz (TD), wobei eine normierte Sollbahn (T2) aus Norm-Bahnsegmenten (nB) gebildet wird, deren räumliche Länge ein ganzzahliges Vielfaches einer Normlänge (N) ist, die aus einem vorgegebenen Scan-Steuertakt der Vorrichtung (1) bestimmt wird, - Generieren von Bestrahlungs-Steuerdaten (BS) derart, dass die Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung mit diesen Bestrahlungs-Steuerdaten (BS) eine Bauteilschicht mit einer Verfestigung von Aufbaumaterial (13) entlang der Anzahl von normierten Sollbahnen (T2) erzeugen kann, - Ausgeben der Bestrahlungs-Steuerdaten (BS) an eine Speichereinrichtung und/oder an eine Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung eines Bauteils (2). Die Erfindung betrifft des Weiteren entsprechende Steuerdaten, ein Verfahren zur additiven Fertigung, eine Steuerdatenerzeugungsvorrichtung, eine Steuereinrichtung sowie eine Fertigungsvorrichtung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Generierung von Bestrahlungs-Steuerdaten für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung („Steuerdatenerzeugungsvorrichtung“) zur Generierung von Bestrahlungs-Steuerdaten für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils in einem Fertigungsprozess, in welchem in einem Baufeld das Bauteil in Form von Bauteilschichten durch selektive Verfestigung von Aufbaumaterial mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahl aufgebaut wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren entsprechende Steuerdaten, ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils mit solchen Steuerdaten, eine Vorrichtung zur additiven Fertigung, sowie eine Steuervorrichtung für eine solche Vorrichtung.
Bei der Herstellung von Prototypen und inzwischen auch in der Serienfertigung werden additive Fertigungsprozesse immer relevanter. Im Allgemeinen sind unter „additiven Fertigungsprozessen“ solche Fertigungsprozesse zu verstehen, bei denen in der Regel auf Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten durch das Ablagern von Material (dem „Aufbaumaterial“) ein Fertigungsprodukt („Bauteil“) aufgebaut wird. Der Aufbau erfolgt dabei meist, aber nicht zwingend, schichtweise. Als ein Synonym für die additive Fertigung wird häufig auch der Begriff „3D-Druck“ verwendet, die Herstellung von Modellen, Mustern und Prototypen mit additiven Fertigungsprozessen wird oft als „Rapid Prototyping“, die Herstellung von Werkzeugen als „Rapid Tooling“ und die flexible Herstellung von Serienbauteilen wird als “Rapid Manufacturing” bezeichnet. Wie eingangs erwähnt, ist ein Kernpunkt die selektive Verfestigung des Aufbaumaterials, wobei diese Verfestigung bei vielen Fertigungsprozessen mit Hilfe einer Bestrahlung mit Strahlungsenergie, z. B. elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Licht- und/oder Wärmestrahlung, aber ggf. auch mit Teilchenstrahlung wie z. B. Elektronenstrahlung erfolgen kann. Beispiele für mit einer Bestrahlung arbeitende Verfahren sind das „selektive Lasersintern“ oder „selektive Laserschmelzen“. Dabei werden wiederholt dünne Schichten eines meist pulverförmigen Aufbaumaterials übereinander aufgebracht und in jeder Schicht wird das Aufbaumaterial durch räumlich begrenztes Bestrahlen der Stellen, die nach der Fertigung zum herzustellenden Bauteil gehören sollen, in einem „Schweißprozess“ selektiv verfestigt, indem die Pulverkörner des Aufbaumaterials mit Hilfe der durch die Strahlung an dieser Stelle lokal eingebrachten Energie teilweise oder vollständig aufgeschmolzen werden. Während einer Abkühlung verfestigen diese Pulverkörner dann miteinander zu einem Festkörper. Meist wird dabei der Energiestrahl entlang von Verfestigungsbahnen über das Baufeld geführt und das Umschmelzen bzw. Verfestigen des Materials in der jeweiligen Schicht erfolgt entsprechend in Form von „Schweißbahnen“ oder „Schweißraupen“, so dass letztlich im Bauteil eine Vielzahl solcher aus Schweißbahnen gebildeter Schichten vorliegt. Auf diese Weise können inzwischen Bauteile mit sehr hoher Qualität und Bruchfestigkeit hergestellt werden.
In der praktischen Anwendung bzw. in Fertigungsvorrichtungen werden üblicherweise Energiestrahlen eingesetzt, beispielsweise Laserstrahlen, die im Wesentlichen rotationssymmetrische Intensitätsverteilungen aufweisen. Eine solche rotationssymmetrische Intensitätsverteilung entspricht häufig einem Gaußprofil. Bei einer gaußförmigen Intensitätsverteilung ist die Intensität in der Mitte des Energiestrahls am höchsten und schwächt sich in alle Richtungen radial nach außen quer zur Ausbreitungsrichtung (auch kurz „Strahlrichtung“ oder „Strahlachse“ genannt) gemäß einer Gauß-Funktion bzw. Gaußkurve ab.
Der Energiestrahl wird gemäß Bestrahlungs-Steuerdaten über das Baufeld geführt. In der Regel wird dabei sowohl die Bewegung des Energiestrahls als auch dessen Intensität durch die Bestrahlungs-Steuerdaten vorgegeben. Das Steuersignal für die Intensität kann in einem einfachen Fall nur angeben, wann der Energiestrahl eingeschaltet und wann er ausgeschaltet ist, jedoch kann auch eine Intensitätsregelung vorgenommen werden oder der Energiestrahl gepulst betrieben werden. Die Steuerdaten werden in der Regel direkt aus geometrischen Daten eines Bauteils ermittelt, bzw. dessen Bauteilschicht, insbesondere durch Triangulierung. Dabei werden Scanvektoren ermittelt, entlang derer der Energiestrahl bewegt werden soll, wobei sehr häufig eine Vielzahl von Scanvektoren eine Bahn („Sollbahn“) beschreibt. Ausgehend von der Sollbahn ist diese in der Regel ein Polygonzug, der aus einzelnen Bahnsegmenten, den Scanvektoren, zusammengesetzt ist. Dabei tritt jedoch häufig das Problem zu kurzer Bahnsegmente auf, was insbesondere bei einem Pulsbetrieb zu unerwünschten Resultaten führt.
Beispielsweise führt die Triangulierung von Bauteilen mit stark strukturierten Oberflächen zu stark geknickten Sollbahnen mit entsprechend kurzen Strecken zwischen den Knicken. Da jedoch Steuergeräte mit einem fest vorgegebenen Steuertakt arbeiten, z.B. mit 100 kHz (also Schritten zu je 10 ps), führt dies zu der Situation, dass bei Strecken, die der Energiestrahl in einer kürzeren Zeit durchläuft, entweder eine Wartezeit eingeführt werden muss, was bewirkt, dass der aktivierte Energiestrahl entsprechend lange auf einer Stelle verharrt, oder eine Reduzierung der Geschwindigkeit erfolgen muss, die zu einer längeren Belichtungszeit und damit zu einem höheren Energieeintrag führt. Dies führt zu lokalen Überhitzungen, die negative Auswirkungen auf die Bauteilqualität haben.
In der Praxis ist es häufig so, dass die real angewandte Scangeschwindigkeit innerhalb eines Steuertakts automatisch der Länge des Scanvektors angepasst wird. Dies führt dazu, dass bei kurzen Scanvektoren eine geringere Scangeschwindigkeit vorherrscht als eigentlich gewünscht ist. Da jedoch bei den Vorgaben für die Leistung des Energiestrahls von einer gewünschten Scangeschwindigkeit ausgegangen wird, wird in diesem Falle bei der Fertigung eine zu große Energie auf den kurzen Scanvektor eingetragen. Bei einem Steuertakt von 100 kHz (Periodendauer 10ps) würde bei einem Scanvektor, dessen Länge mit der gewünschten Scangeschwindigkeit in 2ps abgefahren werden könnte, fünfmal soviel Energie appliziert wie gewünscht. Bei einer Triangulation eines Kreises kann es sehr leicht passieren, dass alle Vektoren des Kreises recht kurz, z.B. 5ps „lang“, sind. In diesem Fall würde in dieser Kreis-Sollbahn das Doppelte einer gewünschten Energiemenge eingetragen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Generierung von Steuerdaten für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils anzugeben, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet und insbesondere eine Verbesserung der Qualität eines Bauteils erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 , Steuerdaten gemäß Patentanspruch 10, ein Fertigungsverfahren zur additiven Fertigung gemäß Patentanspruch 11 , eine Steuerdatenerzeugungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 12, eine Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 13 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 14 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Generierung von Bestrahlungs-Steuerdaten für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils in einem Fertigungsprozess, in welchem in einem Baufeld das Bauteil schichtweise durch selektive Verfestigung von Aufbaumaterial mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahl aufgebaut wird. Das Aufbaumaterial ist dabei bevorzugt eine Flüssigkeit, ein Pulver oder ein Granulat. Bevorzugte Materialien sind Harz, Polymer, ein metallbasiertes Pulver mit einem Metallanteil von bevorzugt mindestens 50%, insbesondere mindestens 60%, 70%, 80% 90% oder gar 90% oder ein Metallpulver, eine Keramik oder Mischmaterialien (z.B. Alumide, ein Produkt der Anmelderin), Materialien zur Cold Metal Fusion (Markenname für ein kombiniertes Schmelz-/Sinterverfahren unter Verwendung polymerumhüllter Metallpartikel als Aufbaumaterial) oder allgemein polymerumhüllte Partikel.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Bauteil-Datensatzes umfassend Geometriedaten zumindest einer Bauteilschicht des Bauteils und/oder umfassend einen Trajektorien-Datensatz mit Scan- Bahnsegmenten zur Herstellung einer Bauteilschicht des Bauteils,
- Erzeugen einer Anzahl von normierten Sollbahnen aus dem Bauteil-Datensatz, wobei eine normierte Sollbahn aus Norm-Bahnsegmenten gebildet wird, deren räumliche Länge ein ganzzahliges Vielfaches (also das N-fache mit der positiven, ganzen Zahl N größer Null) einer Normlänge ist, die aus einem vorgegebenen Scan-Steuertakt der Vorrichtung bestimmt wird,
- Generieren von Bestrahlungs-Steuerdaten derart, dass die Vorrichtung zur additiven Fertigung mit diesen Bestrahlungs-Steuerdaten eine Bauteilschicht mit einer Verfestigung von Aufbaumaterial entlang der Anzahl von normierten Sollbahnen erzeugen kann,
- Ausgeben der Bestrahlungs-Steuerdaten an eine Speichereinrichtung und/oder an eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils.
Ein Bauteil-Datensatz ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und umfasst die geometrischen Daten („Geometriedaten“) des Bauteils oder zumindest einer Bauteilschicht des Bauteils. Dies können z.B. CAD-Daten sein oder aus CAD-Daten konvertierte Daten.
Jedoch kann ein Bauteil auch durch bereits vorgefertigte Steuerdaten definiert sein. Die hier zunächst relevanten Steuerdaten sind dabei die Daten zu Sollbahnen („Trajektorien- Datensatz“). Ein solcher Datensatz umfasst zumindest Scan-Bahnsegmente (Scanvektoren) zur Herstellung einer Bauteilschicht des Bauteils, kann aber auch weitere Belichtungsdaten umfassen, z.B. Informationen darüber, mit welcher Intensität oder welchem Pulsmuster bestrahlt wird.
Dieser Bauteil-Datensatz wird bereitgestellt, was bedeutet, dass er empfangen wird, aus einem Speicher geladen wird oder aus CAD-Daten oder anderen geometrischen Daten des Bauteils erstellt wird.
Der Bauteil-Datensatz umfasst also bereits eine vorgegebene Sollbahn oder es liegen ausreichende Informationen vor, mit denen eine Sollbahn ermittelt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren erstellt nun eine besondere Sollbahn, bzw. modifiziert eine gegebene Sollbahn. Diese besondere Sollbahn wird hier als „normierte Sollbahn“ bezeichnet, welche sich aus Bahnsegmenten zusammensetzt, von denen ein Anteil (gezielt) aus Norm-Bahnsegmenten gebildet wird. Diese Norm-Bahnsegmente sind keine beliebigen Bahnsegmente (die hier als „Scan-Bahnsegmente“ bezeichnet werden), sondern es gelten bestimmte Regeln für die Länge dieser Bahnsegmente. Wie genau eine Sollbahn aus einem Bauteil-Datensatz erstellt wird, ist Stand der Technik und wird regelmäßig bei der Konvertierung von Bauteil-Datensätzen in Steuerbefehle praktisch umgesetzt.
Norm-Bahnsegmente weisen eine räumliche Länge auf, die ein ganzzahliges Vielfaches (einfaches, zweifaches, dreifaches, ..., N-faches) einer Normlänge ist. Diese Normlänge wird dabei stets aus einem vorgegebenen Scan-Steuertakt der Vorrichtung bestimmt und ggf. auch aus anderen Parametern, insbesondere der Scangeschwindigkeit. Der Begriff „Scan-Steuertakt“ entspricht insbesondere dem Steuertakt des Standes der Technik und bestimmt zumindest die Taktung einer Ansteuerung des Energiestrahls mit mindestens einem Energiestrahlparameterwert sowie die Taktung des Betriebs eines Scanners (z.B. eines Galvanometerscanners und/oder eines Polygonscanners) mit mindestens einer Positionsvorgabe, z. B. in Form einer 2D-Koordinate. Ist z.B. die Scangeschwindigkeit v für den Bereich einer Sollbahn gegeben, so ergibt sich aus dem Scan-Steuertakt mit der Periodendauer t die Normlänge N = vt. Da sich die Erfindung auf die Erzeugung von Steuerdaten bezieht, ist die hier verwendete „Scangeschwindigkeit“ eine theoretische Geschwindigkeit, wie sie bei einer späteren Fertigung bestimmungsgemäß angewandt werden soll und keine reale Scangeschwindigkeit bei einer Fertigung. Um dies hervorzuheben, wird sie im Folgenden als „Soll-Scangeschwindigkeit“ bezeichnet. Sie kann sich durchaus von der „Fertigungs-Scangeschwindigkeit“ unterscheiden, also der Geschwindigkeit, mit der die Fertigung verläuft. Jedoch wird die Fertigungs-Scangeschwindigkeit durch die Steuerdaten beeinflusst. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann basierend auf einer Soll-Scangeschwindigkeit die Fertigungs-Scangeschwindigkeit entscheidend optimiert werden.
In der Praxis kann der Scan-Steuertakt im Grunde von mehreren Komponenten abhängig sein, wie z.B. von Steuereinheit, Strahlführung und weiteren elektronischen und mechanischen Komponenten. Schließlich muss innerhalb eines Taktes die für diesen Zeitraum vorgegebene Aktion auch durchgeführt werden. Zum besseren Verständnis kann jedoch angenommen werden, dass alleine die Steuereinheit den Takt vorgibt und davon ausgegangen werden, dass die Fertigungsvorrichtung alle Aktionen rechtzeitig erledigt. In der Praxis ist der Scan-Steuertakt oftmals ein fest vorgegebener Parameter der Steuereinheit. Der Scan-Steuertakt ist also in diesem Falle ein vorgegebener Takt, in dessen Zeitintervallen Steuerinformationen übergeben und diese abgearbeitet werden. Dies erfolgt z.B. so, dass in jedem Zeitintervall ein Punkt und eine Strahlungsleistung vorgegeben werden und der vorgegebene Punkt angefahren wird, während mit der vorgegebenen Strahlungsleistung bestrahlt wird. Bahnen zu weiter entfernten Punkten werden somit weniger stark bestrahlt als Bahnen zu näher gelegenen Punkten, da sich der Strahl schneller bewegen muss, um den vorgegebenen Endpunkt zu erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren löst dieses Problem, indem es die Abstände der Punkte an den vorgegebenen Scan-Steuertakt anpasst.
Es sei angemerkt, dass in dem Falle, in dem die Länge von Norm-Bahnsegmenten ein n- faches der Normlänge ist, die entsprechenden Norm-Bahnsegmente auch innerhalb von n Scan-Steuertakten abgefahren werden. Beispielsweise wird demgemäß ein Norm- Bahnsegment mit der Normlänge innerhalb eines einzigen Scan-Steuertaktes abgefahren, ein Norm-Bahnsegment mit dreifacher Normlänge innerhalb von drei Scan-Steuertakten.
Es ist nicht notwendig, dass die gesamte normierte Sollbahn aus Norm-Bahnsegmenten besteht und auch nicht unbedingt ihr überwiegender Teil. Beispielsweise kann es im Bereich scharfer Kurven oder Ecken oder zur Kompensation von Restlängen von Vorteil sein, andere (kürzere) Bahnsegmente zu wählen. Auf der anderen Seite kann eine Sollbahn, die zufälligerweise eine Anzahl von Norm-Bahnsegmenten umfasst, auch nicht als normierte Sollbahn bezeichnet werden, da diese nicht gezielt dort eingefügt worden sind. Es ist für eine normierte Sollbahn gerade notwendig, dass Norm-Bahnsegmente gezielt gesetzt worden sind. Dies erkennt man z.B. daran, dass eine Abfolge von zwei, drei oder mehr Norm-Bahnsegmenten vorliegt oder dass zumindest nach einer scharfen Kurve oder Ecke der Sollbahn direkt eine Anzahl von Norm-Bahnsegmenten folgt.
Bevorzugt enthält eine normierte Sollbahn mehr als 10% Norm-Bahnsegmente, bevorzugt mehr als 30% oder 50%, insbesondere mehr als 70% oder 80%, bzw. bevorzugt mindestens ein Viertel oder insbesondere mehr als die Hälfte. Besonders bevorzugt folgen bei einer normierten Sollbahn zwei, drei oder mehr Norm-Bahnsegmente aufeinander, wobei diese nicht unbedingt alle gleich lang sein müssen, sondern ganzzahlige Vielfache der Normlänge haben können. Die Erzeugung von Bestrahlungs-Steuerdaten ist im Stand der Technik bekannt und wird regelmäßig bei der Umsetzung von Bauteil-Datensätzen in Steuerbefehle praktisch auf eine Art durchgeführt, dass eine Vorrichtung zur additiven Fertigung mit diesen Bestrahlungs-Steuerdaten eine Bauteilschicht mit einer Verfestigung von Aufbaumaterial erzeugen kann. Die Besonderheit besteht jedoch nun darin, dass nicht (nur) herkömmliche Sollbahnen in die Bestrahlungs-Steuerdaten eingehen, sondern (auch) normierte Sollbahnen. Es können dabei ausschließlich normierte Sollbahnen in die Bestrahlungs-Steuerdaten eingehen als auch normierte Sollbahnen und (herkömmliche) Sollbahnen zusammen. Es muss jedoch stets mindestens eine normierte Sollbahn in die Bestrahlungs-Steuerdaten eingehen, bevorzugt eine Vielzahl dieser normierten Sollbahnen.
Die Ausgabe der Bestrahlungs-Steuerdaten ist im Stand der Technik bekannt. Diese können zunächst für eine spätere Verwendung an eine Speichereinrichtung ausgegeben (und dort abgespeichert werden) und/oder (direkt) an eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils übergeben werden.
Wie bereits angedeutet wurde, wird in einem Fertigungsprozess in einem Baufeld Aufbaumaterial schichtweise, d.h. nacheinander in mehreren Materialauftragsebenen bzw. Materialschichten, aufgebaut. Bei dem Aufbaumaterial handelt es sich bevorzugt um ein Metallpulver oder zumindest um ein metallbasiertes Pulver. Ein solches Pulver enthält bevorzugt mehr als 50% Metall, insbesondere mehr als 60%, 70%, 80% oder gar mehr als 90% Metall. Die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt, sondern kann auch mit anderen, vorzugsweise pulverförmigen, Aufbaumaterialien eingesetzt werden, wie z.B. Kunststoffen oder Keramik oder Mischungen der verschiedenen Materialien. Dabei wird, insbesondere jeweils zwischen dem Aufbringen zweier Materialschichten, Aufbaumaterial (insbesondere selektiv) verfestigt, indem eine Bestrahlung des Aufbaumaterials mit zumindest einem von einer Bestrahlungseinheit der Fertigungsvorrichtung erzeugten Energiestrahl erfolgt (damit ist ein energetischer Strahl aus Photonen oder Partikeln, z.B. ein Lichtstrahl oder ein Elektronenstrahl gemeint). Dabei wird nicht nur das Aufbaumaterial in der obersten, frisch aufgebrachten Materialschicht von dem Energiestrahl erfasst und auf- bzw. umgeschmolzen, sondern der Energiestrahl geht üblicherweise ein Stück tiefer in das Materialbett hinein und erreicht auch darunterliegendes, bereits umgeschmolzenes Material aus zuvor aufgetragenen Materialschichten.
Mit dem vorangehend beschriebenen Verfahren lassen sich erfindungsgemäße Bestrahlungs-Steuerdaten erzeugen, die zur Steuerung einer Vorrichtung zur additiven Fertigung dienen. Wie gesagt, zeichnen sich diese Bestrahlungs-Steuerdaten dadurch aus, dass sie normierte Sollbahnen umfassen bzw. zumindest teilweise auf diesen basieren. Die Bestrahlungs-Steuerdaten umfassen darüber hinaus bevorzugt weitere Konstruktionsanweisungen wie z.B. Schichtauftrag von Aufbaumaterial und insbesondere auch das Absenken der Bauplattform zwischen der Fertigung der Bauteilschichten. Dies ist bei einer Anordnung von zwei Bauteilschichten implizit gegeben, da eine neue Bauteilschicht auf einem bereits verfestigten Bereich nur durch Auftrag von neuem Aufbaumaterial erfolgen kann. Durch diesen Auftrag ist es in der Regel notwendig, die Bauplattform abzusenken.
Es sei angemerkt, dass die Erfindung für eine komplette Bauteilschicht angewandt werden kann. Ihre besonderen Vorteile liegen jedoch dort, wo (zusammenhängende) nicht-geradlinige Bahnen vorliegen. Dies ist insbesondere im Bereich von (äußeren oder inneren) Konturen einer Bauteilschicht der Fall, im Bereich von zwiebelförmigen Bahnen oder spiralförmigen Bahnen. Insbesondere bei langen, nicht-geraden Sollbahnen hat die Erfindung den Vorteil eines sehr homogenen Energieeintrags während der Fertigung.
Bei einem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils wird in einem Baufeld das Bauteil in Form von Bauteilschichten schichtweise durch selektive Verfestigung von Aufbaumaterial, vorzugsweise umfassend ein metallbasiertes Pulver, mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahl gemäß den erfindungsgemäßen Steuerdaten aufgebaut. Zur Erstellung von Bauteilschichten des Bauteils wird der Energiestrahl dabei gemäß den Bestrahlungs-Steuerdaten zumindest teilweise über normierte Sollbahnen geführt. Dadurch, dass diese normierten Sollbahnen Norm-Bahnsegmente aufweisen, liegt zumindest dort ein korrekter Energieeintrag bei der Fertigung vor.
Eine erfindungsgemäße Steuerdatenerzeugungsvorrichtung dient zur Generierung von erfindungsgemäßen Bestrahlungs-Steuerdaten (gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren) für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils in einem Fertigungsprozess, in welchem in einem Baufeld das Bauteil in Form von Bauteilschichten durch selektive Verfestigung von Aufbaumaterial, vorzugsweise umfassend ein metallbasiertes Pulver, mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahl aufgebaut wird.
Die Steuerdatenerzeugungsvorrichtung umfasst die folgenden Komponenten: - eine Datenschnittstelle ausgelegt zum Empfang eines Bauteil-Datensatzes umfassend Geometriedaten zumindest einer Bauteilschicht des Bauteils und/oder umfassend einen Trajektorien-Datensatz mit Scan-Bahnsegmenten zur Herstellung einer Bauteilschicht des Bauteils,
- eine Normierungs-Einheit, ausgelegt zum Erzeugen einer Anzahl von normierten Sollbahnen aus dem Bauteil-Datensatz, wobei eine normierte Sollbahn aus Norm-Bahnseg- menten gebildet wird, deren räumliche Länge ein ganzzahliges Vielfaches einer Normlänge ist, die aus einem vorgegebenen Scan-Steuertakt der Vorrichtung bestimmt wird,
- eine Steuerdaten-Erzeugungseinheit ausgelegt zum Generieren von Bestrahlungs- Steuerdaten derart, dass die Vorrichtung zur additiven Fertigung mit diesen Bestrahlungs- Steuerdaten eine Bauteilschicht mit einer Verfestigung von Aufbaumaterial entlang der Anzahl von normierten Sollbahnen erzeugen kann,
- eine Datenschnittstelle, ausgelegt zum Ausgeben der Bestrahlungs-Steuerdaten an eine Speichereinrichtung und/oder an eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils.
Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung dient einer Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils in einem Fertigungsprozess, in welchem in einem Baufeld das Bauteil in Form von Bauteilschichten schichtweise durch selektive Verfestigung von Aufbaumaterial, vorzugsweise umfassend ein metallbasiertes Pulver, mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahl mittels einer Bestrahlungsvorrichtung aufgebaut wird. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, die Vorrichtung zur additiven Fertigung der Bauteilschichten des Bauteils gemäß erfindungsgemäßen Bestrahlungs-Steuerdaten anzusteuern. Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Steuereinrichtung eine erfindungsgemäße Steuerdatenerzeugungsvorrichtung.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung („Fertigungsvorrichtung“) dient zur additiven Fertigung zumindest eines Bauteils in einem additiven Fertigungsprozess. Sie umfasst zumindest
- eine Zuführvorrichtung zum Aufbringen von Materialschichten von Aufbaumaterial auf ein Baufeld in einem Prozessraum,
- eine Bestrahlungsvorrichtung, um, insbesondere zwischen dem Aufbringen zweier Materialschichten, Aufbaumaterial durch Bestrahlung mit zumindest einem Energiestrahl selektiv zu verfestigen, sowie
- eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mehrere Bestrahlungsvorrichtungen aufweisen kann, die dann wie oben erwähnt entsprechend koordiniert mit den Steuerdaten angesteuert werden. Auch sei noch einmal erwähnt, dass insoweit der Energiestrahl auch aus mehreren überlagerten Energiestrahlen bestehen kann bzw. dass es sich bei dem Energiestrahl sowohl um Teilchenstrahlung als auch um elektromagnetische Strahlung, wie z. B. Licht- bzw. vorzugsweise Laserstrahlung, handeln kann.
Die Erfindung kann insbesondere in Form einer Rechnereinheit, insbesondere in einer Steuereinrichtung, mit geeigneter Software realisiert sein. Damit ist insbesondere die Erstellung der Steuerdaten gemeint, da die Fertigung eines Bauteils mittels weiterer Komponenten erfolgt. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen. Insbesondere kann sie in Form von geeigneten Softwareprogrammteilen in der Rechnereinheit realisiert sein. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Rechnereinheiten, insbesondere in Steuereinrichtungen, von Fertigungsvorrichtungen, auf einfache Weise durch ein Software- bzw. Firmware-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Rechnereinheit ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens (zumindest diejenigen, die auf die Generierung von Steuerdaten bezogen sind, aber ggf. auch solche die zur Übermittlung der Steuerdaten für einen Fertigungsprozess dienen) auszuführen, wenn das Programm in der Rechnereinheit ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z. B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen. Zum Transport zur Rechnereinheit und/oder zur Speicherung an oder in der Rechnereinheit kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen und Ausführungsbeispielen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird die Normlänge durch Berechnung eines Weges ermittelt, der innerhalb der Zeitdauer eines Intervalls eines Scan-Steuertakts mit einer vorgegebenen Soll-Scangeschwindigkeit zurückgelegt werden kann. Bevorzugt wird der Schritt des Ermittelns der Normlänge in einem dem Fertigungsprozess vorgelagerten Schritt durchgeführt. Beispielsweise kann er im Rahmen einer Entwicklung von Prozessparameterwertesätzen für bestimmte Materialien und/oder Referenz-Bauteilgeometrien durchgeführt werden. Es ist dabei bevorzugt, dass die Normlänge N diejenige Distanz ist, die während der Zeitdauer eines Intervalls des Scan-Steuertakts T (eine Frequenz in Hz) bei einer vorgegebenen Scangeschwindigkeit v eines Energiestrahls zurückgelegt werden kann, mit N = v/T. Die vorgegebene (Soll-)Scangeschwindigkeit kann eine aus einer Geschwindigkeitskurve gemittelte Geschwindigkeit sein, auf die ein Energiestrahl beschleunigt werden soll oder gemäß der ein Energiestrahl tatsächlich beschleunigt wird, wenn eine bestimmte Wegstrecke und eine Dauer für die Zurücklegung dieser Wegstrecke für einen bestimmten Scanner (Energiestrahl-Umlenkvorrichtung) vorgegeben werden.
Es ist bevorzugt, dass die Soll-Scangeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem gewünschten Energieeintrag und/oder einer gewünschten Pulsfrequenz des Energiestrahls und/oder einer Geometrie des Bauteils und/oder einem Qualitätskriterium und/oder einer Benutzervorgabe vorgegeben wird.
Es sei angemerkt, dass sich die Soll-Scangeschwindigkeit innerhalb einer Sollbahn oder zwischen zwei Bereichen der Bauteilschicht durchaus ändern kann. Bei einer Sollbahn, z.B. in Form eines Polygonzuges, können Norm-Bahnsegmente mit unterschiedlichen Soll-Scangeschwindigkeiten ermittelt werden. Es ist jedoch stets so, dass eine Normlänge von einer Soll-Scangeschwindigkeit abgeleitet wird, so dass innerhalb eines Bereichs einer Sollbahn, der mit derselben Soll-Scangeschwindigkeit abgefahren werden soll, dieselbe Normlänge gilt.
Eine Verbesserung des Verfahrens, insbesondere für die Fertigung geometrisch komplexer Bauteile mit einer vergleichsweise hohen Scangeschwindigkeit kann auch dadurch erreicht werden, dass die Soll-Geschwindigkeit basierend auf einem Maß einer geometrischen Komplexität gewählt wird. Ein Maß für die Komplexität eines Bereichs der Bauteilschicht kann z.B. ein Wert entsprechend einer fraktalen Dimension sein, wobei jedoch ein Minimalwert für die Skalierung größer als Null angenommen wird. Es kann zusätzlich durch eine Benutzervorgabe oder eine Voreinstellung eine Devianz vorgegeben sein, die angibt, wie groß Fertigungstoleranzen sein dürfen. Da die Normlänge bevorzugt von der Soll-Scangeschwindigkeit abhängt, kann eine normierte Sollbahn so gestaltet werden, dass in Bereichen hoher geometrischer Komplexität eine kürzere Normlänge (geringere Soll-Geschwindigkeit) verwendet wird als in regelmäßigen Bereichen. Durch die Vorgabe der Devianz kann die Soll-Geschwindigkeit jedoch insgesamt höher gewählt werden, da z.B. Feinheiten des Bauteils auch per Nachbearbeitung herausgearbeitet werden können. Es ist daher besonders bevorzugt, eine maximale geometrische Devianz der Fertigungsgenauigkeit zumindest für Bereiche eines Bauteils und/oder einer Bauteilschicht vorzugeben und im Rahmen dieser Devianz eine maximal mögliche Soll- Scangeschwindigkeit auszuwählen.
Was eine Leistung betrifft, ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt, dass im Endergebnis eine möglichst homogene Bestrahlung der Bauteilschicht erreicht wird. Hierzu können auch die Frequenz des Energiestrahls und/oder das Absorptionsvermögen des Aufbaumaterials sowie die Soll-Scangeschwindigkeit oder der Auftreffwinkel bzw. die Intensitätsverteilung des Energiestrahls berücksichtigt werden. Mit dem Begriff „Intensitätsverteilung“ ist dabei die geometrische Form bzw. Ausdehnung des Energiestrahls in einer Schnittebene (Querschnittsfläche) senkrecht zur Strahlrichtung bzw. Strahlachse und auch die räumliche Verteilung der Intensität über der Querschnittsfläche umfasst, also insbesondere die Positionen von Maxima und Minima.
Im Hinblick auf das Qualitätskriterium ist zu beachten, dass unterschiedliche Materialien bei gleicher Bestrahlung Bauteile unterschiedlicher Qualität liefern können. Hier stellt die gewünschte Festigkeit des Bauteils oder eine Genauigkeit von Maßen ein bevorzugtes Qualitätskriterium dar.
Was eine Benutzervorgabe betrifft, können alle vorgenannten Parameter nicht unbedingt durch Voreinstellungen, sondern durch Benutzervorgaben gegeben werden. Bevorzugt umfasst jedoch die Benutzervorgabe eine Vorgabe, welche der vorangehend genannten Parameter bei der Berechnung der Normlänge berücksichtigt werden sollen. Bei einem bevorzugten Verfahren umfasst der Bauteil-Datensatz einen Trajektorien- Datensatz, welcher (wiederum) eine Anzahl von ursprünglichen Sollbahnen umfasst, wobei eine ursprüngliche Sollbahn (genau eine oder mindestens eine) aus Scan-Bahnseg- menten gebildet wird, und die normierte Sollbahn mittels Modifizieren der ursprünglichen Sollbahn durch Ersetzen einer Mehrzahl ihrer Scan-Bahnsegmente durch Norm-Bahnseg- mente erstellt wird. Es bestehen also bereits Sollbahnen (mit nicht-normierten Bahnsegmenten) und die Bahnsegmente dieser Sollbahnen werden bei der Modifizierung durch Norm-Bahnsegmente ersetzt. Dabei kann es zu Bahnabweichungen kommen, die jedoch toleriert werden. Es sollte jedoch stets dasjenige Norm-Bahnsegment verwendet werden (mit einem ganzzahligen Vielfachen der Normlänge), welches an der jeweiligen Stelle zur geringsten Abweichung von der ursprünglichen Sollbahn führt. Liegt beispielsweise eine Sollbahn mit Kurven vor, und wird mit der Modifizierung am Anfang der ursprünglichen Sollbahn begonnen, werden die Scan-Bahnsegmente der ursprünglichen Sollbahn durch eine Kette von Norm-Bahnsegmenten ersetzt. Gelangt man nun zur ersten Kurve der ursprünglichen Sollbahn, so wird geschaut, welches Norm-Bahnsegment (mit einem ganzzahligen Vielfachen der Normlänge) zur geringsten Abweichung von der ursprünglichen Sollbahn führen würde und dieses Norm-Bahnsegment eingesetzt. Das nächste Norm-Bahnsegment wird dann bevorzugt so gewählt und orientiert, dass wiederum die geringste Abweichung von der ursprünglichen Sollbahn erfolgt. Es können insbesondere lange gerade Abschnitte der ursprünglichen Sollbahn durchaus mit einem Wellenmuster aus Norm-Bahnsegmenten approximiert werden, wenn die Länge dieses geraden Abschnitts keinem ganzzahligen Vielfachen der Normlänge entspricht.
Es ist bevorzugt, dass untersucht wird, ob in der ursprünglichen Sollbahn Scan-Bahnseg- mente vorliegen, deren Länge einen vorbestimmten Grenzwert (z.B. die Normlänge oder ein ganzzahliges Vielfaches der Normlänge) unterschreitet. Diese Scan-Bahnsegmente werden dann durch Norm-Bahnsegmente ersetzt. Alternativ oder ergänzend wird von einem vorbestimmten Punkt der ursprünglichen Sollbahn startend (z.B. vom Anfang oder von einer Kurve oder Ecke aus) Scan-Bahnsegmente der ursprünglichen Sollbahn, insbesondere eine Kette von Scan-Bahnsegmenten, durch eine Kette von Norm- Bahnsegmenten ersetzt.
Generell ist bevorzugt, dass Norm-Bahnsegmente zumindest am Anfang der normierten Sollbahn vorliegen und/oder nach Ecken oder Kurven. Ketten aus mehreren Norm- Bahnsegmenten sind besonders bevorzugt. Bei einem bevorzugten Verfahren umfasst der Bauteil-Datensatz Geometriedaten zumindest einer Bauteilschicht des Bauteils. Es wird dann eine Anzahl von normierten Sollbahnen aus den Geometriedaten bestimmt, so dass die Bauteilschicht zumindest teilweise aus Norm-Bahnsegmenten aufgebaut werden kann. Dies stellt eine Alternative zur vorgenannten Modifizierung einer ursprünglichen Sollbahn dar, bei der direkt (normierte) Sollbahnen aus Geometriedaten des Bauteils bestimmt werden. Die allgemeine Vorgehensweise ist im Grunde im Stand der Technik bekannt und wird dazu eingesetzt, die vorgenannten ursprünglichen Sollbahnen zu generieren. Die Besonderheit liegt jedoch im Sinne der Erfindung darin, dass nicht mehr (nur) beliebige Bahnsegmente verwendet werden dürfen, sondern zwingend zumindest ein Teil der Bahnsegmente Norm-Bahnsegmente sein müssen.
Es kann auch der Fall auftreten, dass der Bauteil-Datensatz teilweise (ursprüngliche) Sollbahnen aufweist. Diese können dann modifiziert werden und in den anderen Bereichen direkt normierte Sollbahnen erstellt werden. Die vorangehenden Alternativen können also beide in unterschiedlichen Bereichen einer Bauteilschicht angewandt werden.
Bei einem bevorzugten Verfahren ist eine Sollbahn durch Bahnpunkte bestimmt. Die Bahnsegmente (Norm- und Scan-Bahnsegmente) entsprechen dann bevorzugt geradlinigen Wegen zwischen aufeinanderfolgenden Bahnpunkten, könnten aber auch krummlinigen Bahnsegmenten wie z.B. Kreisbogenabschnitten oder Splines entsprechen. Dabei wird im Rahmen einer (vorangehend erläuterten) Modifizierung einer ursprünglichen Sollbahn diese durch eine normierte Sollbahn (umfassend Norm-Bahnsegmente) approximiert. Alternativ oder zusätzlich (in anderen Bereichen der Bauteilschicht) wird im Rahmen einer Erstellung einer normierten Sollbahn aus Geometriedaten ein Aufbau der betreffenden Bauteilschicht zumindest teilweise aus Norm-Bahnsegmenten approximiert.
Es ist dabei bevorzugt, dass eine Sollbahn (die ursprüngliche und/oder die normierte) ein Polygonzug ist. Diese Sollbahn wurde dabei insbesondere mittels einer Triangulierung einer computergenerierten Geometrie des Bauteils und einem nachfolgenden Slicen erzeugt.
Die allgemeine Generierung von Sollbahnen ist im Stand der Technik bekannt. Dabei wird die Oberfläche eines Bauteils durch ein oder mehrere Oberflächensegmente (Patches) dargestellt, die mathematisch beschrieben sind. Im einfachsten Fall kann ein Oberflächensegment ein Dreieck oder Polygon sein, es kann sich aber auch um eine Freiformfläche oder implizite Fläche (eine mathematische Fläche im euklidischen Raum, die durch eine Gleichung der Form F(x,y,z) = 0 beschrieben wird) handeln. Für die Oberflächensegmente werden die Schnittkurven mit der Belichtungsebene bestimmt. Falls dies analytisch nur schwer oder nicht möglich ist, kann aber auch eine Approximation (z.B. als Polygonzug) dieser Schnittkurven bestimmt werden. Nicht im Stand der Technik bekannt ist, dass diese Approximation mittels Norm-Bahnsegmenten erfolgt. Schließt die Bauteiloberfläche ein Volumen ein (was nicht immer der Fall sein muss), dann werden die Schnittkurven einer zusammengesetzten geschlossenen Bauteiloberfläche in ihrer Reihenfolge so sortiert und aneinandergehängt, dass eine geschlossene Kurve entsteht, d.h. Schnittkurven aus benachbarten Oberflächensegmenten werden wieder aneinandergehängt. Zur Berücksichtigung der Breite einer Schmelzbahn kann die Sollbahn in der Belichtungsebene im Rahmen eines „Beam-Offsets“ in Richtung der Normalen der Sollbahn (die senkrecht zur Sollbahn in der Belichtungsebene liegt) versetzt werden. Dieser Schritt kann mit den Schnittkurven vor der Approximation durchgeführt werden, wodurch bei der Approximation die Normlänge berücksichtigt werden kann. Alternativ kann dieser Schritt mit den bereits approximierten Bahnsegmenten durchgeführt werden, wobei dann die Normierung erst nach der Berechnung des Versatzes erfolgt, da sich durch den Versatz die Länge der Bahnsegmente ändert.
Es können selbstverständlich Zusatzschritte erfolgen. Bei Modifizierung einer ursprünglichen Sollbahn liegt diese in einer Weise vor, dass sie vom Energiestrahl zur Herstellung des Bauteils abgescannt werden kann. Wenn mit Geometriedaten gearbeitet wird, könnten fertige Slices geladen werden oder die normierten Sollbahnen können direkt aus CAD-Daten erzeugt werden. Die Bahn wird dann oftmals noch „geoffsettet“, da sie aufgrund der Breite des Energiestrahls z.B. nicht direkt an einem Rand verlaufen sollte.
Bei einem bevorzugten Verfahren ist eine Anzahl von Bahnpunkten einer ursprünglichen Sollbahn oder eine Anzahl von Punkten in Geometriedaten als eine entsprechende Anzahl von Bahn-Fixpunkten vorbestimmt. Diese Bahn-Fixpunkte sind Punkte, an denen die normierte Sollbahn verlaufen soll. Es soll also dort keine Abweichung von der ursprünglichen Sollbahn geben bzw. soll die normierte Sollbahn zumindest an einem Bahn- Fixpunkt auf der ursprünglichen Sollbahn liegen. Dabei werden die Norm-Bahnsegmente auf eine Weise in der normierten Sollbahn angeordnet, dass sie die Anzahl von Bahn- Fixpunkten berühren und insbesondere dort entspringen und/oder dort enden. Bei einem bevorzugten Verfahren liegt in einem Bahnabschnitt einer Sollbahn ein eingeschlossener Winkel vor, welcher einen vorbestimmten Grenzwinkel unterschreitet oder es liegt eine Kurve vor, deren Kurvenradius einen bestimmten Grenzradius unterschreitet. In diesem Fall ist bevorzugt, dass der Verlauf der normierten Sollbahn mit Scan- Bahnsegmenten gebildet wird, deren Länge sich von einem ganzzahligen Vielfachen der Normlänge unterscheidet und insbesondere kürzer als die Normlänge ist. Dort werden also keine Norm-Bahnsegmente verwendet.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird der Verlauf einer normierten Sollbahn in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Bahnbreite einer bei der Fertigung der betreffenden Bauteilschicht entlang dieser normierten Sollbahn verfestigten Verfestigungsbahn bestimmt. Es wird also im Vorfeld die Bahnbreite einer Verfestigungsbahn ermittelt, die auf einer solchen Sollbahn entstehen würde. Dazu wird im Grunde nur Fachwissen (oder ein Versuch) benötigt, wie eine Verfestigungsbahn aussieht, die mit der vorgegebenen Soll-Scangeschwindigkeit und Strahlintensität (ggf. auch Pulsmodus) entstehen würde. Mit diesem Wissen kann dann z.B. sehr einfach ermittelt werden, welche Lage die (normierten) Sollbahnen haben sollen. Der Abstand zweier benachbarter normierter Sollbahnen ist dabei bevorzugt im Wesentlichen kleiner als die Bahnbreite und der Abstand einer normierten Sollbahn zum Rand der Bauteilschicht ist bevorzugt kleiner oder gleich der halben Bahnbreite. Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bedeutet dabei, dass die zumindest für 60% des jeweiligen Bahnverlaufs gelten soll, insbesondere für mindestens 80%.
Es ist dabei bevorzugt, dass bei einer Modifizierung einer ursprünglichen Sollbahn (s.o.), wenn diese am Rand der Bauteilschicht verläuft, Norm-Bahnsegmente, welche Scan- Bahnsegmente dieser ursprünglichen Sollbahn ersetzen, zwischen der ursprünglichen Sollbahn und dem Rand oder auf der ursprünglichen Sollbahn verlaufen. Es soll also kein Material am Rand fehlen, sondern höchstens zu viel Material dort vorliegen, da eine nachträgliche Abtragung von Material einfacher ist als eine nachträgliche Hinzufügung von Material.
Bei einem bevorzugten Verfahren werden zusätzlich zum Bauteil-Datensatz weitere Bestrahlungs-Steuerdaten bereitgestellt, welche Daten dazu umfassen, an welchen Bereichen der Bahnsegmente der Energiestrahl der Vorrichtung eingeschaltet und ausgeschaltet ist oder gepulst eingesetzt wird und/oder welche Leistung der Energiestrahl haben soll. Bei einer bevorzugten Modifizierung von Scan-Bahnsegmenten werden dann bevorzugt die weiteren Bestrahlungs-Steuerdaten zusätzlich (passend) modifiziert. Dies bedeutet insbesondere, dass die Passagen, an denen der Energiestrahl angeschaltet ist, an die entsprechenden Norm-Bahnsegmente angepasst werden.
Diese Ausführungsform erlaubt eine Optimierung der Fertigung des Bauteils, da insbesondere bei Kenntnis der gewünschten Leistung des Energiestrahls auch bekannt ist, welche Bereiche der Bauteilschicht möglichst homogen bestrahlt werden sollen. Zwar sorgt das erfindungsgemäße Verfahren durch die Anwendung der Norm-Bahnsegmente grundsätzlich für eine homogene Bestrahlung, jedoch kann es durchaus vorkommen, dass sich die Normlänge von Norm-Bahnsegmenten ändert, z.B. in Bereichen, in denen fertigungsbedingt eine andere Soll-Scangeschwindigkeit angewandt wird. Insbesondere ist zu beachten, dass es bekannte, von der Fertigungsvorrichtung abhängige Änderungen der Soll- Scangeschwindigkeit geben kann, wie z.B. ein Abbremsen vor scharfen Kurven oder Ecken zur Kompensation des Scanner-Schleppverzugs. Im Folgenden wird eine vorteilhafte Ergänzung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, welches eine besonders homogene Fertigung ermöglicht.
Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird die Leistung des Energiestrahls in Abhängigkeit zu der jeweiligen Länge von Bahnsegmenten gesteuert, so dass die Leistung des Energiestrahls für längere Bahnsegmente größer ist als für kürzere Bahnsegmente. Da die längeren Bahnsegmente bei der Fertigung häufig mit einer größeren real angewandten Fertigungs-Scangeschwindigkeit durchfahren werden als die kürzeren und somit pro Zeiteinheit bei einer identischen Leistung unterschiedlich viel Energie pro Fläche eingetragen würde, erlaubt dieser Schritt einen homogeneren Energieeintrag auf die Bauteilfläche. Die genaue Art der Steuerung der Leistung kann durch Berechnungen oder durch Tests festgelegt werden. Bevorzugt wird die Leistung des Energiestrahls so gesteuert, dass bei einer Fertigung auf allen relevanten Bahnsegmenten gleichviel Energie in das Aufbaumaterial eingetragen wird. Selbstverständlich können in einer Bauteilschicht unterschiedliche Bereiche mit einem unterschiedlichen gewünschten Energieeintrag gewählt werden. Die vorangehenden Überlegungen gelten dann innerhalb eines solchen Bereichs.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur additiven Fertigung, Figur 2 ein Blockdiagramm eines möglichen Verfahrensablaufs eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 3 ein Beispiel für eine ursprüngliche Sollbahn gemäß dem Stand der Technik,
Figur 4 ein Beispiel für eine normierte Sollbahn, welche mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung generiert wurde,
Figur 5 ein Beispiel für eine normierte Sollbahn am Rand einer Bauteilschicht,
Figur 6 ein Beispiel für eine normierte Sollbahn mit einem Fix-Bahnpunkt,
Figur 7 Beispiele für normierte Sollbahnen, die durch Modifizierung einer ursprünglichen Sollbahn erstellt wurden.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele werden mit Bezug auf eine Vorrichtung 1 zur additiven Fertigung von Bauteilen in Form einer selektiven Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung beschrieben, wobei explizit noch einmal darauf hingewiesen ist, dass die Erfindung nicht auf selektive Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtungen beschränkt ist. Die Vorrichtung wird im Folgenden - ohne eine Beschränkung der Allgemeinheit - daher kurz als „Fertigungsvorrichtung“ 1 bezeichnet.
Eine solche Fertigungsvorrichtung 1 ist schematisch in Figur 1 gezeigt. Die Vorrichtung weist eine Prozesskammer 3 bzw. einen Prozessraum 3 mit einer Kammerwandung 4 auf, in der im Wesentlichen der Fertigungsprozess abläuft. In der Prozesskammer 3 befindet sich ein nach oben offener Behälter 5 mit einer Behälterwandung 6. Die obere Öffnung des Behälters 5 bildet die jeweils aktuelle Arbeitsebene 7. Der innerhalb der Öffnung des Behälters 5 liegende Bereich dieser Arbeitsebene 7 kann zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden und wird daher als Baufeld 8 bezeichnet.
Der Behälter 5 weist eine in einer vertikalen Richtung V bewegliche Grundplatte 11 auf, die auf einem Träger 10 angeordnet ist. Diese Grundplatte 11 schließt den Behälter 5 nach unten ab und bildet damit dessen Boden. Die Grundplatte 11 kann integral mit dem Träger 10 gebildet sein, sie kann aber auch eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein und an dem Träger 10 befestigt oder auf diesem einfach gelagert sein. Je nach Art des konkreten Aufbaumaterials, also beispielsweise des verwendeten Pulvers, und des Fertigungsprozesses kann auf der Grundplatte 11 eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Grundsätzlich kann das Objekt 2 aber auch auf der Grundplatte 11 selber aufgebaut werden, die dann die Bauunterlage bildet.
Der grundsätzliche Aufbau des Objekts 2 erfolgt, indem eine Schicht Aufbaumaterial 13 zunächst auf die Bauplattform 12 aufgebracht wird, dann - wie später erläutert - mit einem Laserstrahl 22 als Energiestrahl an den Punkten, welche Teile des zu fertigenden Objekts 2 bilden sollen, das Aufbaumaterial 13 selektiv verfestigt wird, dann mit Hilfe des Trägers 10 die Grundplatte 11, somit die Bauplattform 12 abgesenkt wird und eine neue Schicht des Aufbaumaterials 13 aufgetragen und selektiv verfestigt wird usw. In Figur 1 ist das in dem Behälter auf der Bauplattform 12 aufgebaute Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt. Es weist bereits mehrere verfestigte Schichten auf, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 13. Als Aufbaumaterial 13 können verschiedene Materialien verwendet werden, vorzugsweise Pulver, insbesondere Metallpulver, Kunststoffpulver, Keramikpulver, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver oder auch pastöse Materialien sowie optional eine Mischung mehrerer Materialien.
Frisches Aufbaumaterial 15 befindet sich in einem Vorratsbehälter 14 der Fertigungsvorrichtung 1. Mit Hilfe eines in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichters 16 kann das Aufbaumaterial in der Arbeitsebene 7 bzw. innerhalb des Baufelds 8 in Form einer dünnen Schicht aufgebracht werden.
Optional befindet sich in der Prozesskammer 3 eine zusätzliche Strahlungsheizung 17. Diese kann zum Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials 13 dienen, so dass die für die selektive Verfestigung genutzte Bestrahlungseinrichtung nicht zu viel Energie einbringen muss. Das heißt, es kann beispielsweise mit Hilfe der Strahlungsheizung 17 schon eine Menge an Grundenergie in das Aufbaumaterial 13 eingebracht werden, welche natürlich noch unterhalb der notwendigen Energie ist, bei der das Aufbaumaterial 13 verschmilzt oder sintert. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler oder VCSEL-Strahler genutzt werden.
Zum selektiven Verfestigen weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine Bestrahlungsvorrichtung 20 bzw. konkret Belichtungsvorrichtung 20 mit einem Laser 21 auf. Dieser Laser 21 erzeugt einen Laserstrahl 22, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt wird, um so die gemäß der Belichtungsstrategie vorgesehenen Belichtungspfade oder Spuren (Hatchlinien / Scanvektoren) in der jeweils selektiv zu verfestigenden Schicht abzufahren und selektiv die Energie einzubringen. Weiter wird dieser Laserstrahl 22 durch eine Fokussiereinrichtung 24 auf die Arbeitsebene 7 in geeigneter Weise fokussiert. Die Bestrahlungsvorrichtung 20 befindet sich hier vorzugsweise außerhalb der Prozesskammer 3 und der Laserstrahl 22 wird über ein an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebrachtes Einkoppelfenster 25 in die Prozesskammer 3 geleitet.
Die Bestrahlungsvorrichtung 20 kann beispielsweise nicht nur einen, sondern mehrere Laser umfassen. Vorzugsweise kann es sich hierbei um Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Laser wie z. B. Laserdioden handeln, insbesondere VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) oder eine Zeile dieser Laser. Ganz besonders bevorzugt können im Rahmen der Erfindung ein oder mehrere unpolarisierte Single-Mode-Laser, z. B. ein 3 kW-Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1070 nm, eingesetzt werden.
Zur Steuerung der Einheiten der Fertigungsvorrichtung 1 dient eine Steuereinrichtung 30 umfassend eine Steuereinheit 29, welche die Komponenten der Bestrahlungsvorrichtung 20, nämlich hier den Laser 21, die Umlenkvorrichtung 23 und die Fokussiervorrichtung 24, ansteuert und hierzu an diese entsprechend Prozesssteuerdaten PS übergibt.
Die Steuereinheit 29 steuert auch mittels geeigneter Heizungssteuerdaten HS die Strahlungsheizung 17 an, mittels Beschichtungssteuerdaten ST den Beschichter 16 und mittels Trägersteuerdaten TS die Bewegung des Trägers 10 und steuert somit die Schichtdicke.
Die Steuereinrichtung 30 ist, hier z.B. über einen Bus 60 oder eine andere Datenverbindung, mit einem Terminal 40 mit einem Display oder dergleichen gekoppelt. Über dieses Terminal 40 kann ein Bediener die Steuereinrichtung 30 und somit die gesamte Lasersintervorrichtung 1 steuern, z. B. durch Übermittlung von Prozesssteuerdaten PS.
Um den Produktionsprozess zu optimieren, werden mittels einer Steuerdatenerzeugungsvorrichtung 34 in der erfindungsgemäßen Weise die Steuerdaten PS so generiert bzw. so modifiziert, dass die Ansteuerung der Vorrichtung 1 zumindest zeitweise in einem erfindungsgemäßen Modus erfolgt. Die Steuerdatenerzeugungsvorrichtung 34 umfasst hier eine Datenschnittstelle 35 ausgelegt zum Empfang eines Bauteil-Datensatzes TD. Dieser Bauteil-Datensatz TD umfasst hier Geometriedaten der Bauteilschichten des Bauteils 2 oder einen Trajektorien- Datensatz TD, wie in den folgenden Figuren gezeigt, mit Scan-Bahnsegmenten B zur Herstellung einer Bauteilschicht des Bauteils 2.
Neben der Datenschnittstelle 35 umfasst die Steuerdatenerzeugungsvorrichtung 34 eine Normierungs-Einheit 36, ausgelegt zum Erzeugen einer Anzahl von normierten Sollbahnen T2 aus dem Bauteil-Datensatz TD, z.B. durch Modifizierung von Trajektorien- Datensätzen TD wie in den folgenden Figuren gezeigt wird. Dabei wird eine normierte Sollbahn T2 aus Norm-Bahnsegmenten nB gebildet, deren räumliche Länge ein ganzzahliges Vielfaches einer Normlänge N ist, die wiederum aus einem vorgegebenen Scan-Steuertakt der Vorrichtung 1 bestimmt wird.
Des Weiteren umfasst die Steuerdatenerzeugungsvorrichtung 34 eine Steuerdaten- Erzeugungseinheit 37, welche zum Generieren von Bestrahlungs-Steuerdaten BS ausgelegt ist, die Teil der Prozesssteuerdaten PS sind.
Die vorgenannte Datenschnittstelle 35 ist hier zusätzlich dazu ausgelegt, dass über sie die Bestrahlungs-Steuerdaten BS an die Vorrichtung 1 zur additiven Fertigung eines Bauteils 2 ausgegeben werden können. Es kann dazu aber auch eine separate Datenschnittstelle verwendet werden.
Es ist auch möglich, dass die Steuerdatenerzeugungsvorrichtung 34 auf einer externen Rechnereinheit, beispielsweise dem Terminal 40, realisiert ist und vorab bereits Prozesssteuerdaten PS mit entsprechend passenden Bestrahlungs-Steuerdaten BS erzeugt, mit denen die Vorrichtung 1 dann angesteuert wird. Diese Prozesssteuerdaten PS, bzw. Bestrahlungs-Steuerdaten BS, können dann bis zu ihrem Einsatz auf einem Speicher der Rechnereinheit abgespeichert werden.
Es wird an dieser Stelle auch noch einmal darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Fertigungsvorrichtung 1 beschränkt ist. Sie kann auf andere Verfahren zum generativen bzw. additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials angewendet werden, wobei ein Energiestrahl zum Verfestigen auf das zu verfestigende Aufbaumaterial abgegeben wird. Dementsprechend kann auch die Bestrahlungsvorrich- tung nicht nur, wie hier beschrieben, ein Laser sein, sondern es könnte jede Einrichtung verwendet werden, mit der Energie als Wellen- oder Teilchenstrahlung selektiv auf bzw. in das Aufbaumaterial gebracht werden kann. Beispielsweise könnte anstelle eines Lasers eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl etc. verwendet werden.
Auch wenn in Figur 1 nur ein einzelnes Objekt 2 bzw. Bauteil 2 dargestellt wird, ist es möglich und in der Regel auch üblich, mehrere Objekte in der Prozesskammer 3 bzw. im Behälter 5 parallel herzustellen. Dazu wird das Aufbaumaterial schichtweise an Stellen, die den Querschnitten der Objekte in der jeweiligen Schicht entsprechen, durch den Energiestrahl 22 abgetastet.
Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm eines möglichen Verfahrensablaufs eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Generierung von Bestrahlungs- Steuerdaten BS für eine Vorrichtung 1 zur additiven Fertigung eines Bauteils 2 in einem Fertigungsprozess, in welchem in einem Baufeld 8 das Bauteil 2 schichtweise durch selektive Verfestigung von Aufbaumaterial 13 mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials 13 mit zumindest einem Energiestrahl 22 aufgebaut wird.
In Schritt I wird ein Bauteil-Datensatz TD bereitgestellt, der Geometriedaten zumindest einer Bauteilschicht des Bauteils 2 und/oder umfassend einen Trajektorien-Datensatz TD mit Scan-Bahnsegmenten B zur Herstellung einer Bauteilschicht des Bauteils 2 umfasst. Dies wird hier mit einem Trajektorien-Datensatz TD mit einer ursprünglichen Sollbahn T1 symbolisiert.
In Schritt II werden normierte Sollbahnen T2 aus dem Bauteil-Datensatz TD erzeugt, hier durch Modifizierung von ursprünglichen Sollbahnen T1. Eine normierte Sollbahn T2 wird dabei aus Norm-Bahnsegmenten nB gebildet, deren räumliche Länge ein ganzzahliges Vielfaches einer Normlänge N ist, die aus einem vorgegebenen Scan-Steuertakt der Vorrichtung 1 bestimmt wird.
Die Normlänge N kann z.B. so festgelegt werden, dass zunächst eine Soll-Scangeschwindigkeit v1, v2 (s. z.B. Figur 7) ermittelt wird, z. B. in Abhängigkeit eines Prozessfensters zur Verarbeitung eines bestimmten Aufbaumaterials und/oder einer maximalen Scannerdynamik und/oder eines Produktivitätskriteriums und/oder eines Fertigungsqualitätskriteriums, und die Strecke berechnet wird, die ein Energiestrahl zurücklegen würde, der über die Zeitdauer eines Scan-Steuertaktes (oder einem ganzzahligen Vielfachen von Scan- Steuertakten) mit dieser Scangeschwindigkeit v1 , v2 über ein Baufeld 8 geführt würde.
In Schritt III werden Bestrahlungs-Steuerdaten BS generiert und zwar derart, dass eine Fertigungsvorrichtung 1 , wie z.B. in Figur 1 gezeigt, mit diesen Bestrahlungs-Steuerdaten BS Bauteilschichten mit einer Verfestigung von Aufbaumaterial 13 entlang der Anzahl von normierten Sollbahnen T2 erzeugen kann. Nun kann z.B. untersucht werden, ob in der ursprünglichen Sollbahn T1 Scan-Bahnsegmente B vorliegen, deren Länge die Normlänge oder ein ganzzahliges Vielfaches dieser Normlänge unterschreitet. Diese Scan- Bahnsegmente B werden dann durch Norm-Bahnsegmente nB ersetzt. Besser ist es aber, wenn von einem vorbestimmten Punkt der ursprünglichen Sollbahn T1 startend eine Kette von Scan-Bahnsegmenten B der ursprünglichen Sollbahn T1 durch eine Kette von Norm- Bahnsegmenten nB ersetzt wird, wie in den nachfolgenden Figuren gezeigt wird.
In Schritt IV werden diese Bestrahlungs-Steuerdaten BS dann an eine Speichereinrichtung und/oder an eine Fertigungsvorrichtung 1 ausgegeben.
Figur 3 zeigt ein Beispiel für eine ursprüngliche Sollbahn T1 gemäß dem Stand der Technik, welche durch Bahnpunkte bestimmt ist und deren Scan-Bahnsegmente B geradlinigen Wegen zwischen aufeinanderfolgenden Bahnpunkten entsprechen. Das Abfahren dieser Scan-Bahnsegmente B, die unterschiedliche Längen haben, dauert für jedes Scan-Bahnsegment B eine individuelle Zeit, die hier angezeigt wird.
Figur 4 zeigt ein Beispiel für eine normierte Sollbahn T2, welche im Rahmen einer Modifizierung der ursprünglichen Sollbahn T1 aus Figur 3 entstand, die hier noch punktiert angedeutet ist. Diese normierte Sollbahn T2 weist Norm-Bahnsegmente nB auf, die alle eine Normlänge N aufweisen und deren Abfahren eine festgelegte Zeit erfordert, die durch den Scan-Steuertakt vorgegeben ist. Wie man sehen kann, approximiert die normierte Sollbahn T2 die ursprüngliche Sollbahn T1 lediglich und liegt nicht an allen Stellen genau auf der ursprünglichen Sollbahn T1 (Pfeile).
Figur 5 zeigt ein Beispiel für eine normierte Sollbahn T2 am Rand R einer Bauteilschicht. Im Unterschied zu Figur 4, bei der Norm-Bahnsegmente nB über und unter der ursprünglichen Sollbahn T1 liegen, sind nun Norm-Bahnsegmente nB immer zum Rand hin angeordnet, wenn die normierte Sollbahn T1 von der ursprünglichen Sollbahn T1 abweicht. Der Grund dafür ist, dass der Rand des Bauteils zwar leicht durch Abnehmen von Material nachbearbeitet werden kann, jedoch eine Hinzufügung von Material schwieriger ist.
Figur 6 zeigt ein Beispiel für eine normierte Sollbahn T2 mit einem Fix-Bahnpunkt F. Dieser Fix-Bahnpunkt F wurde bereits auf der ursprünglichen Sollbahn T1 festgelegt und stellt einen Punkt dar, an dem ein Bahnsegment B, nB enden soll. Bei der normierten Sollbahn T2 wird dazu kein Norm-Bahnsegment nB verwendet, sondern ein kürzeres Scan-Bahnsegment B, um diesen Fix-Bahnpunkt zu F erreichen. Danach wird von diesem Fix-Bahnpunkt F aus mit Norm-Bahnsegmenten nB fortgefahren.
Figur 7 zeigt Beispiele für normierte Sollbahnen T2, die durch Modifizierung einer ursprünglichen Sollbahn T1 erstellt wurden. Rechts oben und unten sind zwei Möglichkeiten für normierte Sollbahnen T2 dargestellt, die sich bei unterschiedlichen Scangeschwindigkeiten V1, V2 ergeben können. Oben ist die Scangeschwindigkeit v1 größer und unten ist die Scangeschwindigkeit v2 kleiner, was oben zu größeren Normlängen N führt. Entsprechend der unterschiedlichen Normlängen N wird der Verlauf der ursprünglichen Sollbahn T1 auch unterschiedlich approximiert.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel könnte eine Verfestigung anstatt mit Laserlicht auch mit anderen Energiestrahlen erfolgen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können. Der Ausdruck "eine Anzahl" ist als "mindestens ein(e)" zu verstehen. Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur additiven Fertigung / Lasersintervorrichtung
2 Bauteil / Objekt
3 Prozessraum / Prozesskammer
4 Kammerwandung
5 Behälter
6 Behälterwandung
7 Arbeitsebene
8 Baufeld
10 Träger
11 Grundplatte
12 Bauplattform
13 Aufbaumaterial (im Behälter 5)
14 Vorratsbehälter
15 Aufbaumaterial (im Vorratsbehälter 14)
16 Beschichter
17 Strahlungsheizung
20 Bestrahlungsvorrichtung / Belichtungsvorrichtung
21 Laser
22 Laserstrahl / Energiestrahl
23 Umlenkvorrichtung / Scanner
24 Fokussiereinrichtung
25 Einkoppelfenster
29 Steuereinheit
30 Steuereinrichtung
31 Bestrahlungssteuerschnittstelle
34 Steuerdatenerzeugungsvorrichtung
35 Datenschnittstelle
36 Normierungs-Einheit
37 Steuerdaten-Erzeugungseinheit
40 Terminal
60 Bus
B Scan-Bahnsegment nB Norm-Bahnsegment
BS Bestrahlungs-Steuerdaten F Bahn-Fixpunkt
H horizontale Richtung
HS Heizungssteuerdaten
N Normlänge PS Prozesssteuerdaten / Steuerdaten
R Rand
SB Prozessraum-Sensordatensatz
ST Beschichtungssteuerdaten
T1 ursprüngliche Sollbahn T2 normierte Sollbahn
TD Trajektorien-Datensatz / Bauteildatensatz
TS T rägersteuerdaten
V vertikale Richtung v1 , v2 Soll-Parameter / Scangeschwindigkeit

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Generierung von Bestrahlungs-Steuerdaten (BS) für eine Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung eines Bauteils (2) in einem Fertigungsprozess, in welchem in einem Baufeld (8) das Bauteil (2) schichtweise durch selektive Verfestigung von Aufbaumaterial (13) mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials (13) mit zumindest einem Energiestrahl (22) aufgebaut wird, das Verfahren umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Bauteil-Datensatzes (TD) umfassend Geometriedaten zumindest einer Bauteilschicht des Bauteils (2) und/oder umfassend einen Trajektorien-Datensatz (TD) mit Scan-Bahnsegmenten (B) zur Herstellung einer Bauteilschicht des Bauteils (2),
- Erzeugen einer Anzahl von normierten Sollbahnen (T2) aus dem Bauteil-Datensatz (TD), wobei eine normierte Sollbahn (T2) aus Norm-Bahnsegmenten (nB) gebildet wird, deren räumliche Länge ein ganzzahliges Vielfaches einer Normlänge (N) ist, die aus einem vorgegebenen Scan-Steuertakt der Vorrichtung (1) bestimmt wird,
- Generieren von Bestrahlungs-Steuerdaten (BS) derart, dass die Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung mit diesen Bestrahlungs-Steuerdaten (BS) eine Bauteilschicht mit einer Verfestigung von Aufbaumaterial (13) entlang der Anzahl von normierten Sollbahnen (T2) erzeugen kann,
- Ausgeben der Bestrahlungs-Steuerdaten (BS) an eine Speichereinrichtung und/oder an eine Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung eines Bauteils (2).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Normlänge (N) durch Berechnung eines Weges ermittelt wird, der innerhalb der Zeitdauer eines Intervalls eines Scan-Steuertakts mit einer vorgegebenen Soll-Scangeschwindigkeit (v1 , v2) zurückgelegt werden kann, bevorzugt wobei die Soll-Scangeschwindigkeit (v1, v2)
- in Abhängigkeit von einem gewünschten Energieeintrag und/oder einer gewünschten Pulsfrequenz des Energiestrahls (22) und/oder einer Geometrie des Bauteils und/oder einem Qualitätskriterium und/oder einer Benutzervorgabe vorgegeben wird, und/oder
- sich innerhalb einer Sollbahn (T 1 , T2) oder zwischen zwei Bereichen der Bauteilschicht ändert, insbesondere wobei Norm-Bahnsegmente (nB) einer normierten Sollbahn (T2) aus unterschiedlichen Soll-Scangeschwindigkeiten (v1 , v2) ermittelt werden, und/oder
- basierend auf einem Maß einer geometrischen Komplexität des Bauteils (2) gewählt wird, bevorzugt wobei durch eine Benutzervorgabe oder eine Voreinstellung eine Devianz vorgegeben ist, die angibt, wie groß Fertigungstoleranzen sein dürfen und im Rahmen dieser Devianz eine maximal mögliche Soll-Scangeschwindigkeit (v1, v2) ausgewählt wird.
3. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Bauteil-Datensatz (TD) einen Trajektorien-Datensatz (TD) umfasst, welcher eine Anzahl von ursprünglichen Sollbahnen (T1) umfasst, wobei eine ursprüngliche Sollbahn (T1) aus Scan- Bahnsegmenten (B) gebildet wird, und die normierte Sollbahn (T2) mittels Modifizieren der ursprünglichen Sollbahn (T1) durch Ersetzen einer Mehrzahl ihrer Scan- Bahnsegmente (B) durch Norm-Bahnsegmente (nB) erstellt wird, bevorzugt wobei untersucht wird, ob in der ursprünglichen Sollbahn (T1) Scan- Bahnsegmente (B) vorliegen, deren Länge einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet, und wobei die Scan-Bahnsegmente (B) der ursprünglichen Sollbahn (T1), deren Länge den vorbestimmten Grenzwert unterschreitet, durch Norm-Bahnsegmente (nB) ersetzt werden und/oder wobei von einem vorbestimmten Punkt der ursprünglichen Sollbahn (T1) startend Scan- Bahnsegmente (B) der ursprünglichen Sollbahn (T1), insbesondere eine Kette von Scan- Bahnsegmenten (B), durch eine Kette von Norm-Bahnsegmenten (nB) ersetzt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Bauteil-Datensatz (TD) Geometriedaten zumindest einer Bauteilschicht des Bauteils (2) umfasst, und eine Anzahl von normierten Sollbahnen (T2) aus den Geometriedaten bestimmt wird, so dass die Bauteilschicht zumindest teilweise mittels Norm-Bahnsegmenten (nB) aufgebaut werden kann.
5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Sollbahn (T 1 , T2) durch Bahnpunkte bestimmt ist und die Bahnsegmente (B, nB) geradlinigen Wegen zwischen aufeinanderfolgenden Bahnpunkten entsprechen, wobei im Rahmen einer Modifizierung einer ursprünglichen Sollbahn (T1) diese durch eine normierte Sollbahn (T2) approximiert wird, und/oder im Rahmen einer Erstellung einer normierten Sollbahn (T2) aus Geometriedaten ein Aufbau der betreffenden Bauteilschicht zumindest teilweise aus Norm-Bahnsegmenten (nB) approximiert wird, bevorzugt wobei eine Sollbahn (T1, T2) ein Polygonzug ist, und insbesondere mittels einer Triangulierung einer computergenerierten Geometrie des Bauteils (2) und einem nachfolgenden Slicen erzeugt wurde.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei eine Anzahl von Bahnpunkten einer ursprünglichen Sollbahn (T1) oder eine Anzahl von Punkten in Geometriedaten als eine entsprechende Anzahl von Bahn-Fixpunkten (F) vorbestimmt ist, an der/denen die normierte Sollbahn (T2) verlaufen soll, und wobei die Norm-Bahnsegmente (nB) auf eine Weise in der normierten Sollbahn (T2) angeordnet werden, dass diese die Anzahl von Bahn-Fixpunkten (F) berühren und insbesondere dort entspringen und/oder dort enden.
7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einem Bahnabschnitt einer Sollbahn (T1, T2), in dem ein eingeschlossener Winkel (W) vorliegt, welcher einen vorbestimmten Grenzwinkel unterschreitet oder eine Kurve vorliegt, deren Kurvenradius einen bestimmten Grenzradius unterschreitet, der Verlauf der normierten Sollbahn (T2) mit Scan-Bahnsegmenten (B) gebildet wird, deren Länge sich von einem ganzzahligen Vielfachen der Normlänge (N) unterscheidet und insbesondere kürzer als die Normlänge (N) ist, bevorzugt wobei zumindest ein Bahn-Fixpunkt (F) gemäß Anspruch 6 in diesem Bahnabschnitt vorliegt, insbesondere an einem Eckpunkt oder einer Kurve.
8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Verlauf einer normierten Sollbahn (T2) in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Bahnbreite einer bei der Fertigung der betreffenden Bauteilschicht entlang dieser normierten Sollbahn (T2) verfestigten Verfestigungsbahn bestimmt wird, wobei der Abstand zweier benachbarter normierter Sollbahnen (T2) im Wesentlichen kleiner als die Bahnbreite ist und der Abstand einer normierten Sollbahn (T2) zum Rand (R) der Bauteilschicht kleiner oder gleich der halben Bahnbreite ist, bevorzugt wobei bei Modifizierung einer ursprünglichen Sollbahn (T1), wenn diese am Rand der Bauteilschicht verläuft, Norm-Bahnsegmente (nB), welche Scan-Bahnsegmente (B) dieser ursprünglichen Sollbahn (T1) ersetzen, zwischen der ursprünglichen Sollbahn (T1) und dem Rand (R) oder auf der ursprünglichen Sollbahn (T1) verlaufen.
9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zusätzlich zum Bauteil- Datensatz (TD) weitere Bestrahlungs-Steuerdaten bereitgestellt werden, welche Daten umfassen, an welchen Bereichen der Bahnsegmente (B, nB) der Energiestrahl (22) der Vorrichtung (1) eingeschaltet und ausgeschaltet ist oder gepulst eingesetzt wird und/oder welche Leistung der Energiestrahl haben soll und bevorzugt wobei
- bei einer Modifizierung von Scan-Bahnsegmenten (B) zusätzlich die weiteren Bestrahlungs-Steuerdaten modifiziert werden, und/oder die Leistung des Energiestrahls in Abhängigkeit zu der jeweiligen Länge von Bahnsegmenten gesteuert wird, insbesondere wobei die Leistung des Energiestrahls für längere Bahnsegmente größer ist als für kürzere Bahnsegmente.
10. Steuerdaten (PS) zur Steuerung einer Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung, umfassend Bestrahlungs-Steuerdaten (BS), welche nach einem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche generiert worden sind.
11. Fertigungsverfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils (2), wobei in einem Baufeld (8) das Bauteil (2) schichtweise durch selektive Verfestigung von Aufbaumaterial (13) mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials (13) mit zumindest einem Energiestrahl (22) gemäß den Steuerdaten (PS) nach Anspruch 10 aufgebaut wird, wobei zur Erstellung von Bauteilschichten des Bauteils der Energiestrahl (22) innerhalb festgelegter Bereiche gemäß den Steuerdaten (PS) über das Baufeld (8) bewegt wird.
12. Steuerdatenerzeugungsvorrichtung (34) zur Generierung von Bestrahlungs- Steuerdaten (BS), insbesondere nach Anspruch 10, für eine Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung eines Bauteils (2) in einem Fertigungsprozess, in welchem in einem Baufeld (8) das Bauteil (2) schichtweise durch selektive Verfestigung von Aufbaumaterial (13) mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials (13) mit zumindest einem Energiestrahl (22) aufgebaut wird, die Steuerdatenerzeugungsvorrichtung (34) umfassend:
- eine Datenschnittstelle (35), ausgelegt zum Empfang eines Bauteil-Datensatzes (TD) umfassend Geometriedaten zumindest einer Bauteilschicht des Bauteils (2) und/oder umfassend einen Trajektorien-Datensatz (TD) mit Scan-Bahnsegmenten (B) zur Herstellung einer Bauteilschicht des Bauteils (2),
- eine Normierungs-Einheit (36), ausgelegt zum Erzeugen einer Anzahl von normierten Sollbahnen (T2) aus dem Bauteil-Datensatz (TD), wobei eine normierte Sollbahn (T2) aus Norm-Bahnsegmenten (nB) gebildet wird, deren räumliche Länge ein ganzzahliges Vielfaches einer Normlänge (N) ist, die aus einem vorgegebenen Scan-Steuertakt der Vorrichtung (1) bestimmt wird,
- eine Steuerdaten-Erzeugungseinheit (37), ausgelegt zum Generieren von Bestrahlungs-Steuerdaten (BS) derart, dass die Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung mit diesen Bestrahlungs-Steuerdaten (BS) eine Bauteilschicht mit einer Verfestigung von Aufbaumaterial (13) entlang der Anzahl von normierten Sollbahnen (T2) erzeugen kann, eine Datenschnittstelle (35), ausgelegt zum Ausgeben der Bestrahlungs-Steuerdaten (BS) an eine Speichereinrichtung und/oder an eine Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung eines Bauteils (2).
13. Steuereinrichtung (30) für eine Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung eines Bauteils (2) in einem Fertigungsprozess, in welchem in einem Baufeld (8) das Bauteil (2) schichtweise durch selektive Verfestigung von Aufbaumaterial (13) mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials (13) mit zumindest einem Energiestrahl (22) mittels einer Bestrahlungsvorrichtung (20) aufgebaut wird, wobei die Steuereinrichtung (30) ausgebildet ist, die Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung der Bauteilschichten des Bauteils (2) gemäß Steuerdaten (PS) nach Anspruch 10 anzusteuern, wobei die Steuereinrichtung (30) vorzugsweise eine Steuerdatenerzeugungsvorrichtung (34) nach Anspruch 12 umfasst.
14. Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung zumindest eines Bauteils (2) in einem additiven Fertigungsprozess mit zumindest
- einer Zuführvorrichtung zum Aufbringen von Materialschichten von Aufbaumaterial (13) auf ein Baufeld (8) in einem Prozessraum (3),
- einer Bestrahlungsvorrichtung (20), um, insbesondere zwischen dem Aufbringen zweier Materialschichten, Aufbaumaterial (13) durch Bestrahlung mit zumindest einem Energiestrahl (22) selektiv zu verfestigen, sowie
- einer Steuereinrichtung (30) nach Anspruch 13.
15. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder 11 auszuführen.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020121144A1 (de) * 2020-08-11 2022-02-17 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren und Vorrichtung zur Generierung von Steuerdaten für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015199195A (ja) 2014-04-04 2015-11-12 株式会社松浦機械製作所 三次元造形装置
FR3092020B1 (fr) 2019-01-28 2021-01-08 Addup Fabrication additive par modulation de puissance laser
CN112974845A (zh) 2021-02-09 2021-06-18 江苏飞跃机泵集团有限公司 一种金属构件非连续式激光增材制造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020121144A1 (de) * 2020-08-11 2022-02-17 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren und Vorrichtung zur Generierung von Steuerdaten für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung

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