WO2024017561A1 - Beam-guiding device for guiding an energy beam and manufacturing device for additively manufacturing components from a powder material and having such a beam-guiding device - Google Patents

Beam-guiding device for guiding an energy beam and manufacturing device for additively manufacturing components from a powder material and having such a beam-guiding device Download PDF

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WO2024017561A1
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functional position
energy
deflection element
deflection
path section
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PCT/EP2023/067097
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Philipp Wagenblast
Matthias Allenberg-Rabe
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Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
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    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for

Definitions

  • Beam guiding device for guiding an energy beam and manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material with such a beam guiding device
  • the invention relates to a beam guidance device for guiding an energy beam and a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material with such a beam guidance device.
  • a beam guidance device for this purpose to comprise a beam modification element for modifying the energy beam, for example a beam shaping element for shaping in particular a cross section of the energy beam.
  • the energy beam is to be guided along different paths, for example so that the beam modification element only interacts with the energy beam in certain functional states of the beam guiding device
  • complex structures with optomechanical components are typically provided in order to direct the energy beam either along the different paths, for example through the beam modification element or bypassing it of the beam modification element.
  • several beam switches can be provided in order to implement the function described.
  • Such a design is expensive, requires a lot of effort in production and adjustment, and has a robustness that can be improved due to the large number of complex components.
  • the invention is therefore based on the object of creating a beam guiding device for guiding an energy beam and a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material with such a beam guiding device, the disadvantages mentioned being at least reduced, preferably avoided.
  • the object is achieved in particular by creating a beam guiding device for guiding an energy beam, in particular a laser beam, along a beam path, which has at least one first beam deflection element which is displaceable between a first functional position and a second functional position.
  • the first beam deflection element is arranged in the beam path at a deflection position in the first functional position and is set up to deflect the energy beam - in particular away from the beam path - onto a target beam axis, and to allow the energy beam to propagate further along the beam path in the second functional position .
  • the beam guidance device also has a plurality of second beam deflection elements, which are arranged in the beam path in at least one functional state of the beam guidance device and are set up to return the energy beam coming from the deflection position in the second functional position of the first beam deflection element along the beam path - in particular along a first beam path section to the deflection position and to the target beam axis.
  • the energy beam can either be deflected onto the target beam axis by the first beam deflection element - in particular directly or via at least one further deflection - or can be guided further along the beam path, that is to say along another path, to the target beam axis. Only a single switchable or movable element is required to display the different beam paths.
  • the structure is therefore simple, inexpensive to implement and easy to adjust. At the same time, it is extremely robust due to the avoidance of a large number of complex, switchable elements.
  • the energy beam is returned in a ring shape to the deflection position and thus, as a result, to the target beam axis, in particular in such a way that after deflection by the second beam deflection elements it again hits exactly the imaginary point of impact of the first beam deflection element. This enables precise switching between the two functional positions and thus also between different ones Functional states of the beam guidance device without losing the adjustment of the energy beam to the target beam axis.
  • a beam modification element can be arranged along the beam path in the propagation direction behind the first beam deflection element, so that by switching the first beam deflection element between the first functional position and the second functional position it can be selected whether the energy beam interacts with the beam modification element or not.
  • the energy beam does not interact with the beam modification element in the first functional position of the first beam deflection element, whereas it interacts with the beam modification element in the second functional position of the first beam deflection element.
  • the beam guiding device is in particular set up to guide the energy beam along the beam path in a device for the additive manufacturing of components from a powder material.
  • the first beam deflection element is in particular a beam switching element or a beam switch.
  • every beam deflection element described in the context of the present technical teaching that can be moved between two functional positions - or switched synonymously - is a beam switching element or a beam switch.
  • the first beam deflection element is set up not to deflect the energy beam, in particular not directly, onto the target beam axis in the second functional position.
  • the energy beam is guided onto the target beam axis indirectly, in particular in a ring, by the second beam deflection elements.
  • the energy beam is deflected directly onto the target beam axis by the first beam deflection element in its first functional position.
  • the energy beam is deflected by the first beam deflecting element in the first functional position onto at least one additional beam deflecting element - hereinafter also referred to as the fourth beam deflecting element - whereby it is in turn deflected onto the target beam axis by the at least one additional beam deflecting element.
  • the at least one additional beam deflection element can in turn be switchable and thus in particular designed as a further first beam deflection element, in which case it can then be arranged in particular at a further deflection position.
  • the energy beam can propagate in a constant plane guided by the first beam deflection element and/or the second beam deflection elements; that is, it is only guided in two dimensions or along two Cartesian coordinates. In other words, the entire beam path lies in a single plane. Alternatively, it is possible for the energy beam to propagate at least in some areas along a third Cartesian coordinate. The beam path can therefore extend in particular in three dimensions.
  • the second beam deflection elements are all designed as passive beam guidance elements. This means in particular that none of the second beam deflection elements can be switched or - synonymously - moved between different functional positions. In another embodiment, however, at least one of the second beam deflection elements can be designed to be displaceable, that is to say switchable, between two different functional positions, in particular as a beam switching element or beam switch. Second beam deflection elements designed as passive beam guidance elements are preferably arranged in the beam path in every functional state of the beam guidance device, so in particular they are not selectively moved into the beam path or shifted out of the beam path. An embodiment in which all second beam deflection elements are designed as passive beam guiding elements is therefore structurally very simple, inexpensive and robust.
  • the term “functional position” refers in particular to a spatial position or to an internal state of a beam deflection element.
  • the fact that a beam deflection element is arranged in a functional position means in particular that the beam deflection element has the corresponding functional position.
  • the terms “arrange” and “displace” do not necessarily refer to a spatial displacement, but in particular to switching between the different functional positions; In particular, they can therefore only refer to the change in an internal state without a change in the spatial position; However, in certain embodiments they can also include a spatial shift or even exclusively include a change in the spatial position.
  • the term “functional state” refers in particular to a state of the beam guidance device, which is characterized in particular by a specific propagation path for the energy beam.
  • the beam guidance device can be arranged in a first functional state when the first beam deflection element is arranged in the first functional position.
  • a second functional state of the beam guidance device is assigned to the second functional position of the first beam deflection element.
  • the first and/or second functional position of the first beam deflection element - as explained below - can be assigned further functional states of the beam guidance device. Accordingly, it is possible in particular for the beam guidance device to be arranged in the second functional state when the first beam deflection element is arranged in the second functional position.
  • the second beam deflection elements are all designed as passive beam guidance elements, the beam guidance device is arranged in the second functional state when the first beam deflection element is arranged in the second functional position.
  • Additive or generative manufacturing of a component is understood to mean, in particular, a powder bed-based method for producing a component, in particular a manufacturing method that is selected from a group consisting of selective laser sintering, laser metal fusion - LMF), a direct metal laser melting (DMLM), a laser net shaping manufacturing (LNSM), and a laser engineered net shaping (LENS).
  • the manufacturing device is therefore in particular set up to carry out at least one of the aforementioned additive or generative manufacturing processes.
  • the energy beam is in particular an optical working beam, in particular a laser beam.
  • the energy beam can be continuous or pulsed, in particular continuous laser radiation or pulsed laser radiation.
  • the first beam deflection element is arranged outside the beam path in the second functional position.
  • the first beam deflection element in particular not arranged at the deflection position, in particular not in the beam path.
  • the first beam deflection element can therefore be moved either into the beam path or out of the beam path.
  • the first beam deflection element can be designed very simply and cost-effectively, in particular as a mirror.
  • the first beam deflection element is set up in the second functional position to at least partially transmit the energy beam.
  • the first beam deflection element is switched transparent in the second functional position at the deflection position.
  • the first beam deflection element thus remains in the second functional position at the deflection position.
  • the second beam deflection element is not displaced.
  • there is no need for a mechanism that selectively shifts the first beam deflection element into and out of the beam path but rather only a particularly more robust mechanism for controlling or switching an internal state of the first beam deflection element, in particular in order to change its transmission properties.
  • this requires a more complex design of the first beam deflection element with changeable, in particular switchable, transmission properties.
  • At least one first beam modification element is arranged along the beam path - in particular in the propagation direction behind the first beam deflection element.
  • the first beam deflection element that is to say by displacing it between the first functional position and the second functional position, it can advantageously be selected whether the energy beam interacts with the first beam modification element or not.
  • at least one beam property of the energy beam can be changed in a targeted manner by switching the first beam deflection element.
  • the energy beam does not interact with the first beam modification element when the first beam deflection element is arranged in its first functional position, wherein the energy beam interacts with the first beam modification element when the first beam deflection element is arranged in its second functional position.
  • the first beam modification element is a beam shaping element.
  • At least one second - switchable - beam deflection element of the plurality of second beam deflection elements can be moved between a first functional position and a second functional position.
  • the at least one second beam deflection element is set up in the first functional position to direct the energy beam to guide along the first beam path section of the beam path.
  • the at least one second beam deflection element is set up in the second functional position so that the energy beam can propagate along a second beam path section.
  • the at least one second beam deflection element is designed as a beam switching element or beam switch.
  • two second beam deflection elements or more than two second beam deflection elements can be displaced between a respective first functional position and a respective second functional position, that is to say in particular designed as beam switching elements or beam diverters.
  • two switchable second beam deflection elements must be switched - in particular synchronously.
  • the beam guidance device is arranged in a second functional state when the first beam deflection element is in its second functional position and at the same time the at least one switchable second beam deflection element is in its first functional position.
  • the beam guidance device is arranged in a third functional state when the first beam deflection element is in its second functional position and at the same time the at least one switchable second beam deflection element is in its second functional position.
  • each functional state of the beam guidance device is assigned its own propagation path for the energy beam.
  • further second beam deflection elements are arranged along the second beam path section in order to guide the energy beam along the second beam path section.
  • the embodiment described here can in particular be cascaded - through the use of further switchable second beam deflection elements - in order to be able to realize a plurality of beam path sections and thus in particular a plurality of modifications for the energy beam.
  • the beam guidance device is set up such that the energy beam can propagate along the second beam path section in the second functional position of the second beam deflection element, bypassing the first beam path section. If, for example, a first beam modification element is arranged in the first beam path section and a second beam modification element is arranged in the second beam path section, in this embodiment it is advantageous to switch between the first beam modification element and the second beam modification element.
  • the beam guidance device is set up such that the energy beam can propagate along the second beam path section and additionally along the first beam path section in the second functional position of the second beam deflection element.
  • a first beam modification element is arranged in the first beam path section and a second beam modification element is arranged in the second beam path section
  • the first beam modification element interacts with the energy beam in the first functional position of the second beam deflection element, with both in the second functional position of the second beam deflection element
  • the first beam modification element and the second beam modification element interact with the energy beam.
  • the at least one first beam modification element is arranged in the first beam path section, with at least one second beam modification element being arranged in the second beam path section.
  • the previously described functions and modifications of the energy beam can advantageously be realized in this way.
  • the beam guidance device has at least a third beam deflection element which can be displaced between a first functional position and a second functional position.
  • the at least one third beam deflection element is set up to allow the energy beam to propagate along the beam path in the first functional position, bypassing a third beam path section, and to guide the energy beam along the third beam path section in the second functional position.
  • two switchable third beam deflection elements must be switched - in particular synchronously.
  • the at least one third beam deflection element - in particular in contrast to the previously described beam deflection elements - is designed so that it does not deflect the propagation of the energy beam in its first functional position, while it deflects the energy beam in its second functional position.
  • the at least one third beam deflection element is designed in one embodiment as a beam switching element, which is switched into the beam path to implement an additional propagation path or an additional function. In particular, it is moved into the beam path in its second functional position, whereas in its first functional position it is moved out of the beam path or is arranged outside the beam path.
  • the at least one third beam deflection element is designed in another embodiment as a beam switching element which at least partially transmits the energy beam in the first functional position while it deflects, in particular reflects, it in its second functional position.
  • the first functional position of the at least one third beam deflection element is assigned - in particular depending on the functional position of the first beam deflection element and the second beam deflection element - in particular to the second functional state and/or the third functional state of the beam guidance device.
  • the second functional position of the at least one third beam deflection element is in particular assigned to a fourth functional state of the beam guidance device.
  • the beam guidance device is arranged in the fourth functional state when the first beam deflection element and the third beam deflection element, and optionally also the at least one switchable second beam deflection element, are each in their second functional position.
  • the third beam deflection element is set up to guide the energy beam along the third beam path section in the second functional position, bypassing the first beam path section and/or the second beam path section.
  • At least one third beam modification element is arranged in the third beam path section. In particular, in this way, an additional function or further beam modification can be provided for the energy beam.
  • At least one beam path section of the beam path is designed as a free beam path.
  • the beam path it is possible for the beam path to be designed overall as a free beam path.
  • the target beam axis is also designed as a free beam path.
  • at least one beam path section of the beam path is designed as a fiber section.
  • the beam path it is possible for the beam path to be designed overall as a fiber section.
  • the target beam axis is also designed as a fiber section.
  • the beam path it is also possible for the beam path to have both at least one section designed as a free beam path and at least one section designed as a fiber path.
  • At least one of the beam deflection elements of the beam guiding device in particular selected from the at least one first beam deflection element, the at least one second beam deflection element and the at least one third beam deflection element, is designed as a mirror. This represents a particularly simple and at the same time functional design of a beam deflection element.
  • At least one of the - in particular switchable - beam deflection elements in particular selected from the at least one first beam deflection element, the at least one second beam deflection element and the at least one third beam deflection element, is designed as a pivotable or rotatable mirror.
  • At least one of the beam modification elements of the beam guidance device is set up to influence a beam diameter, an intensity distribution, a polarization and/or a temporal modulation of the energy beam.
  • the at least one beam modification element is selected from a group consisting of: a beam shaping element, in particular designed to generate a round, in particular rotationally symmetrical, or a non-rotationally symmetrical, in particular elliptical cross-sectional shape of the energy beam; a beam splitter; a beam offset element configured to effect a lateral or axial offset of the energy beam; a polarization modification element configured to change or define a polarization state of the energy beam; a frequency conversion element; and a modulation element, in particular designed to impose an additional modulation on the energy beam.
  • an axial offset of the energy beam is understood to mean, in particular, a change in a focal position of the energy beam.
  • the possibility of switching between different modifications of the energy beam is particularly advantageous if a specific modification or property of the energy beam is associated with a loss in performance that cannot be accepted generally, that is, not for all operating conditions or processes to be carried out in a manufacturing device. For example, if at least 1 kW of power is required for a first process, it may be possible - in particular depending on a nominal power of a beam generating device for generating the energy beam - to dispense with a specific modification of the energy beam for this process, while this modification may be required for a second process, where, for example, 20% power losses can be accepted.
  • the at least one beam modification element is selected from a group consisting of a lens, a telescope, and a polarization filter.
  • the beam guidance device has the first beam deflection element as a first beam deflection element and also at least a fourth beam deflection element, which is set up to direct the energy beam from the deflection position as a first deflection position to the target at least in a first functional position.
  • a fourth beam deflection element of the at least one fourth beam deflection element being designed as a second first beam deflection element and being set up such that the energy beam is in a second functional position of the second first beam deflection element along a fourth Beam path section can propagate.
  • the second first beam deflection element is arranged at a second deflection position, and the energy beam is returned - in particular annularly - to the second deflection position in the second functional position of the second first beam deflection element, in particular again by a plurality of second beam deflection elements arranged along the fourth beam path section.
  • the beam guidance device has the plurality of second beam deflection elements, which are arranged and set up to guide the energy beam along the first beam path section in the second functional position of the first first beam deflection element.
  • the beam guidance device is set up in such a way that the energy beam is deflected to the target beam axis when the first first beam deflection element and the second first beam deflection element are each in their first functional position, without propagating along the first beam path section or along the fourth beam path section. This corresponds to the first functional state of the beam guidance device.
  • the energy beam propagates along the first beam path section, whereby it is then deflected by the second first beam deflection element to the target beam axis, without being along the fourth beam path section to propagate.
  • both the first first beam deflection element and the second first beam deflection element are each arranged in their second functional position, the energy beam propagates both along the first beam path section and along the fourth beam path section.
  • An and/or link between the first beam path section and the fourth beam path section is thus achieved.
  • a beam modification element is arranged in the first beam path section and in the fourth beam path section, any selection can be made between the beam modification elements or a combination of the beam modification elements can be implemented.
  • the object is also achieved by creating a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, which has a beam generating device, the beam generating device being set up to generate an energy beam.
  • the manufacturing device also has a scanner device that is set up to locally selectively irradiate a work area with the energy beam using the energy beam to produce a component from the powder material arranged in the work area.
  • the manufacturing device has a beam guiding device according to the invention or a beam guiding device according to one or more of the previously described embodiments, wherein the beam guiding device is arranged relative to the beam generating device in such a way that the energy beam generated by the beam generating device propagates from the beam generating device to the deflection position during operation of the manufacturing device, and wherein the beam guiding device is arranged relative to the scanner device such that the target beam axis coincides with an entrance beam axis of the scanner device.
  • the energy beam is thus advantageously always guided precisely into the scanner device, regardless of which propagation path it takes, and in particular regardless of which beam modification elements it may interact with.
  • the energy beam propagates over at least one free beam path and/or at least one fiber path from the beam generating device to the deflection position.
  • the scanner device preferably has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head or processing head that can be displaced relative to the work area.
  • the scanner devices proposed here are particularly suitable for displacing the energy beam within the working area between a plurality of irradiation positions.
  • a working head or processing head that can be displaced relative to the working area is understood here in particular to mean an integrated component of the manufacturing device, which has at least one radiation outlet for at least one energy beam, the integrated component, that is to say the working head, as a whole along at least one direction of displacement, preferably along two perpendicular to one another displacement directions, can be moved relative to the work area.
  • a working head can in particular be designed in a portal design or be guided by a robot.
  • the working head can be designed as a robot hand of a robot.
  • the beam generating device is preferably designed as a laser.
  • the energy beam is thus advantageously generated as an intensive beam of coherent electromagnetic radiation, in particular coherent light.
  • irradiation preferably means exposure.
  • the manufacturing device is preferably set up for selective laser sintering. Alternatively or additionally, the manufacturing device is set up for selective laser melting. These configurations of the manufacturing device have proven to be particularly advantageous.
  • a metallic or ceramic powder in particular can preferably be used as the powder material.
  • the manufacturing device has a control device, the control device being operatively connected to the beam guidance device and set up to select and/or set a functional state of the beam guidance device.
  • the control device is operatively connected to at least one switchable beam deflection element, in particular to the first beam deflection element and optionally with at least one switchable second, third and/or fourth beam deflection element, and is set up to switch the respective beam deflection element into its different functional positions.
  • control device is set up to switch the functional state of the beam guidance device.
  • control device is set up to switch the functional position of at least one switchable beam deflection element.
  • the control device is preferably selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board.
  • the control device is an RTC5 or RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the embodiment currently available on the date determining the seniority of the present property right.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a manufacturing device with a first exemplary embodiment of a beam guidance device in a first functional state
  • Figure 2 shows a schematic representation of the first exemplary embodiment of the beam guidance device in a second functional state
  • 3a, b each show a schematic representation of two embodiments of a second exemplary embodiment of a manufacturing device with a second exemplary embodiment of a beam guiding device;
  • Figure 4 shows a schematic representation of a third exemplary embodiment of a manufacturing device with a third exemplary embodiment of a beam guidance device
  • Figure 5 shows a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of a manufacturing device with a fourth exemplary embodiment of a beam guidance device.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a manufacturing device 1 for the additive manufacturing of components 3 from a powder material with a first exemplary embodiment of a beam guiding device 13 for guiding an energy beam 7, in particular a laser beam, along a beam path 19, the beam guiding device 13 being in one first functional state is shown.
  • the manufacturing device 1 has a beam generating device 5, in particular a laser, which is set up to generate the energy beam 7.
  • the manufacturing device 1 has a scanner device 9, which is set up to locally selectively irradiate a work area 11 with the energy beam 7, in order to produce a component 3 from the powder material arranged in the work area 11 using the energy beam 7.
  • the manufacturing device 1 further has the beam guiding device 13, the beam guiding device 13 being arranged relative to the beam generating device 5 in such a way that the energy beam 7 generated by the beam generating device 5 during operation of the manufacturing device 1 from the beam generating device 5 to a deflection position 15 of the beam guiding device 13 propagated.
  • the beam guidance device 13 is arranged relative to the scanner device 9 in such a way that the target beam axis A coincides with an entry beam axis E of the scanner device 9.
  • the manufacturing device 1 also has a control device 17, which is operatively connected to the beam guidance device 13 and is set up to select and/or set, in particular to switch, a functional state of the beam guidance device 13.
  • the beam guidance device 13 has at least one first beam deflection element 21, which can be switched between a first functional position and a second functional position.
  • the first beam deflection element 21 is shown in its first functional position in FIG. 1 and is arranged in the beam path 19 at the deflection position 15. In the first functional position, it is set up to deflect the energy beam 7 - in particular away from the beam path 19 - onto the target beam axis A and thus onto the entry beam axis E of the scanner device 9.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the first exemplary embodiment of the beam guidance device 13 in a second functional scope.
  • the first beam deflection element 21 is shown in its second functional position, in which it is set up to allow the energy beam 7 to propagate further along the beam path 19.
  • the beam guidance device 13 has a plurality of second beam deflection elements 23, which are arranged in at least one functional state of the beam guidance device 13 in the beam path 19 and are set up to direct the energy beam 7 coming from the deflection position 15 along the beam path 19 in the second functional position of the first beam deflection element 21. in particular along a first beam path section 19.1 - back to the deflection position 15 and to the target beam axis A and thus at the same time to the entry beam axis E of the scanner device 9.
  • the energy beam 7 is advantageously guided precisely onto the same entrance beam axis E of the scanner device 9.
  • the first beam deflection element 21 is arranged outside the beam path 19 in the second functional position.
  • the first beam deflection element 21 is set up to at least partially transmit the energy beam 7.
  • at least one first beam modification element 25, in particular a beam shaping element, is arranged along the beam path 19.
  • 3a shows a schematic representation of a first embodiment of a second embodiment of the manufacturing device 1 with a second embodiment of the beam guidance device 13.
  • At least one second beam deflection element 23 of the plurality of second beam deflection elements 23 can be switched between a first functional position and a second functional position, wherein the at least one second beam deflection element 23 is set up in the first functional position to direct the energy beam 7 along a first beam path section 19.1 of the Beam path 19 to guide, and wherein the at least one second beam deflection element 23 is set up in the second functional position so that the energy beam 7 can propagate along a second beam path section 19.2.
  • further second beam deflection elements 23 are arranged along the second beam path section 19.2 in order to guide the energy beam 7 along the second beam path section 19.2.
  • This configuration can be cascaded, which is shown in particular by points at the upper edge of FIG. 3, which indicate a corresponding continuation of the outlined structure with further switchable second beam deflection elements 23.
  • two second beam deflection elements 23 - one at the beginning and one at the end of the respective beam path section 19.1, 19.2 - can always be switched together between a first functional position and a second functional position in order to select between the different beam path sections 19.1, 19.2.
  • the beam guidance device 13 is set up in such a way that the energy beam 7 can propagate along the second beam path section 19.2 in the second functional position of the second beam deflection elements 23, bypassing the first beam path section 19.1.
  • the at least one first beam modification element 25 is preferably arranged in the first beam path section 19.1, with at least one second beam modification element 27 being arranged in the second beam path section 19.2.
  • An exclusive OR link is thus realized between the first beam modification element 25 and the second beam modification element 27.
  • 3b shows a schematic representation of a second embodiment of the second exemplary embodiment of the manufacturing device 1 with the second exemplary embodiment of the beam guiding device 13.
  • At least one third beam deflection element 29 is additionally provided, which can be switched between a first functional position and a second functional position, the at least one third beam deflection element 29 being set up to direct the energy beam 7 in its first functional position, bypassing a third beam path section 19.3 to propagate along the beam path 19, and in its second functional position - in particular bypassing the first beam path section 19.1 and / or the second beam path section 19.2 - to guide it along the third beam path section 19.3.
  • At least one third beam modification element 31 is preferably arranged in the third beam path section 19.3.
  • the energy beam 7 interacts with the first beam modification element 25, or with the second beam modification element 27, or - additionally according to the second embodiment - with the third beam modification element 31.
  • an exclusive or-link between the beam modification elements 25, 27, 31 is realized.
  • At least one beam path section 19.1, 19.2, 19.3 of the beam path 19 is preferably designed as a free beam path or as a fiber section.
  • a combination of at least one free beam section and at least one fiber section is possible, but it is also possible for all beam path sections 19.1, 19.2, 19.3 to be designed either as free beam sections or as fiber sections.
  • at least one of the beam deflection elements 21, 23, 29 of the beam guiding device 13 is designed as a mirror, in particular as a pivotable or rotatable mirror.
  • at least one of the beam modification elements 25, 27, 31 of the beam guidance device 13 is preferably set up to have a beam diameter Intensity distribution, polarization and / or a temporal modulation of the energy beam 7 to influence.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a third exemplary embodiment of the manufacturing device 1 with a third exemplary embodiment of the beam guiding device 13.
  • the beam guiding device 13 is set up in such a way that the energy beam 7 can propagate along the second beam path section 19.2 and additionally along the first beam path section 19.1 in the second functional position of the switchable second beam deflection element 23 shown in dashed lines.
  • the first beam modification element 25 is arranged in the first beam path section 19.1 and the second beam modification element 27 is arranged in the second beam path section 19.2.
  • the first beam deflection element 21 and the switchable second beam deflection element 23 it can be selected whether the energy beam 7 is irradiated with none of the beam modification elements 25, 27, or only with the first beam modification element 25, or with both the first beam modification element 25 and the second beam modification element 27 interacts. An AND connection is therefore realized between the two beam modification elements 25, 27.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of the manufacturing device 1 with a fourth exemplary embodiment of the beam guiding device 13.
  • the beam guiding device 13 has the first beam deflecting element 21 as a first beam deflecting element 21.1 and also at least a fourth beam deflecting element 33.
  • the fourth beam deflection element 33 is set up to deflect the energy beam 7 coming from the deflection position 15 as a first deflection position 15.1 onto the target beam axis A, at least in a first functional position, when the first first beam deflection element 21.1 is in its first functional position.
  • At least a fourth beam deflection element 33 of the at least one fourth beam deflection element 33 is switchable and designed as a second first beam deflection element 21.2 and set up in such a way that the energy beam 7 can propagate along a fourth beam path section 19.4 in a second functional position of the second first beam deflection element 21.2.
  • the second first beam deflection element 21.2 is arranged at a second deflection position 15.2, and the energy beam 7 is in the second functional position of the second first beam deflection element 21.2 - in particular annularly - to the second deflection position 15.2 returned, in particular again by a plurality of second beam deflection elements 23 arranged along the fourth beam path section 19.4.
  • the beam guiding device 13 also has the plurality of second beam deflection elements 23, which are arranged and set up to guide the energy beam 7 along the first beam path section 19.1 in the second functional position of the first beam deflection element 21.2.
  • the beam guidance device 13 is set up in such a way that the energy beam 7 is deflected to the target beam axis A when the first first beam deflection element 21.1 and the second first beam deflection element 21.2 are each in their first functional position, whereby it is neither along the first beam path section 19.1 still propagated along the fourth beam path section 19.4. If the first first beam deflection element 21.1 is in its second functional position and at the same time the second first beam deflection element 21.2 is in its first functional position, the energy beam 7 propagates along the first beam path section 19.1, whereby it is then deflected by the second first beam deflection element 21.2 to the target beam axis A, without propagating along the fourth beam path section 19.4.
  • the energy beam 7 propagates along the fourth beam path section 19.4 without propagating along the first beam path section 19.1. If both the first first beam deflection element 21.1 and the second first beam deflection element 21.2 are each in their second functional position, the energy beam 7 propagates both along the first beam path section 19.1 and along the fourth beam path section 19.4.
  • the fourth exemplary embodiment it can advantageously be selected by controlling the first first beam deflection element 21.1 and the second first beam deflection element 21.2 whether the energy beam 7 is directed to the target beam axis A bypassing both the first beam path section 19.1 and the fourth beam path section 19.4, or whether the energy beam 7 propagates only along the first beam path section 19.1 or only along the fourth beam path section 19.4, or whether the energy beam 7 propagates both along the first beam path section 19.1 and along the fourth beam path section 19.4. An and/or link is thus realized between the first beam path section 19.1 and the fourth beam path section 19.4.
  • the first beam modification element 25 is preferably arranged in the first beam path section 19.1, and a fourth beam modification element is in the fourth beam path section 19.4 35 arranged. In this way, any selection can be made between the first beam modification element 25 and the fourth beam modification element 35, or a combination of the beam modification elements 25, 35, in particular a combination and/or combination between the beam modification elements 25, 35, can be implemented.
  • the different exemplary embodiments shown here can be combined and/or cascaded with one another in various ways in order to obtain different functionalities or combinations of beam modification elements 25, 27, 31, 35 and thus modifications of the energy beam 7.

Abstract

The invention relates to a beam-guiding device (13) for guiding an energy beam (7) along a beam path (19), with at least one first beam-deflecting element (21), which can be moved between a first functional position and a second functional position, wherein the first beam-deflecting element (21) in the first functional position is arranged at a deflecting position (15) in the beam path (19) and is set up to deflect the energy beam (7) onto a target beam axis (A), and in the second functional position to allow the energy beam (7) to propagate further along the beam path (19), and with a plurality of second beam-deflecting elements (23), which in at least one functional state of the beam-guiding device (13) are arranged in the beam path (19) and are set up so that the energy beam (7) coming from the deflecting position (15) in the second functional position of the first beam-deflecting element (21) is thereby guided along the beam path (19) back to the deflecting position (15) and onto the target beam axis (A).

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Strahlführungsvorrichtung zur Führung eines Energiestrahls und Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial mit einer solchen Strahlführungsvorrichtung Beam guiding device for guiding an energy beam and manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material with such a beam guiding device
Die Erfindung betrifft eine Strahlführungsvorrichtung zur Führung eines Energiestrahls und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial mit einer solchen Strahlführungsvorrichtung. The invention relates to a beam guidance device for guiding an energy beam and a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material with such a beam guidance device.
Bei einer Fertigungsvorrichtung der hier angesprochenen Art kann es vorteilhaft sein, den Energiestrahl entlang verschiedener Wege zu führen, beispielsweise um verschiedene Varianten des Energiestrahls, insbesondere verschiedene Strahlmodifikationen mit verschiedenen Strahleigenschaften zu nutzen, insbesondere um lokal material- und geometriebedingt bestimmte Bauteileigenschaften oder eine erhöhte Produktivität zu erzielen. Es ist möglich, dass eine Strahlführungsvorrichtung zu diesem Zweck ein Strahlmodifikationselement zur Modifikation des Energiestrahls, beispielsweise ein Strahlformungselement zur Formung insbesondere eines Querschnitts des Energiestrahls, umfasst. Soll der Energiestrahl entlang verschiedener Wege geführt werden, beispielsweise damit das Strahlmodifikationselement nur in bestimmten Funktionszuständen der Strahlführungsvorrichtung mit dem Energiestrahl zusammenwirkt, sind typischerweise komplexe Aufbauten mit optomechani sehen Komponenten vorgesehen, um den Energiestrahl wahlweise entlang der verschiedenen Wege, beispielsweise durch das Strahlmodifikationselement oder unter Umgehung des Strahlmodifikationselements, zu führen. Insbesondere können mehrere Strahlweichen vorgesehen sein, um die beschriebene Funktion zu verwirklichen. Eine solche Ausgestaltung ist teuer, fordert einen hohen Aufwand bei Fertigung und Justage, und weist aufgrund der Mehrzahl komplexer Bauteile eine verbesserungsfähige Robustheit auf. Alternativ wäre es möglich, eine Mehrzahl verschiedener Strahlführungen oder Strahlmodifikationen des Energiestrahls durch separate Strahlführungsvorrichtungen darzustellen, was aber einen nochmals höheren Aufwand an Zeit, insbesondere für Fertigung und Justage, sowie Kosten bedingt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strahlführungsvorrichtung zur Führung eines Energiestrahls und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial mit einer solchen Strahlführungsvorrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert, vorzugsweise vermieden sind. In a manufacturing device of the type discussed here, it can be advantageous to guide the energy beam along different paths, for example in order to use different variants of the energy beam, in particular different beam modifications with different beam properties, in particular in order to achieve certain component properties or increased productivity locally based on the material and geometry achieve. It is possible for a beam guidance device for this purpose to comprise a beam modification element for modifying the energy beam, for example a beam shaping element for shaping in particular a cross section of the energy beam. If the energy beam is to be guided along different paths, for example so that the beam modification element only interacts with the energy beam in certain functional states of the beam guiding device, complex structures with optomechanical components are typically provided in order to direct the energy beam either along the different paths, for example through the beam modification element or bypassing it of the beam modification element. In particular, several beam switches can be provided in order to implement the function described. Such a design is expensive, requires a lot of effort in production and adjustment, and has a robustness that can be improved due to the large number of complex components. Alternatively, it would be possible to represent a plurality of different beam guidance or beam modifications of the energy beam using separate beam guidance devices, but this would require an even greater expenditure of time, in particular for production and adjustment, as well as costs. The invention is therefore based on the object of creating a beam guiding device for guiding an energy beam and a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material with such a beam guiding device, the disadvantages mentioned being at least reduced, preferably avoided.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen. The object is achieved by providing the present technical teaching, in particular the teaching of the independent claims and the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Strahlführungsvorrichtung zur Führung eines Energiestrahls, insbesondere eines Laserstrahls, entlang eines Strahlpfads geschaffen wird, die mindestens ein erstes Strahlumlenkelement aufweist, das zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung verlagerbar ist. Das erste Strahlumlenkelement ist in der ersten Funktionsstellung in dem Strahlpfad an einer Umlenkposition angeordnet und eingerichtet, um den Energiestrahl - insbesondere von dem Strahlpfad weg - auf eine Ziel-Strahlachse umzulenken, und um den Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung weiter entlang des Strahlpfads propagieren zu lassen. Die Strahlführungsvorrichtung weist außerdem eine Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente auf, die in zumindest einem Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung in dem Strahlpfad angeordnet und eingerichtet sind, um den in der zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements von der Umlenkposition kommenden Energiestrahl entlang des Strahlpfads - insbesondere entlang eines ersten Strahlpfadabschnitts - zurück zu der Umlenkposition und auf die Ziel-Strahlachse zu führen. Vorteilhaft kann auf diese Weise der Energiestrahl wahlweise durch das erste Strahlumlenkelement - insbesondere direkt oder über mindestens eine weitere Umlenkung - auf die Ziel-Strahlachse umgelenkt oder aber weiter entlang des Strahlpfads, das heißt entlang eines anderen Wegs, zu der Ziel-Strahlachse geführt werden. Dabei bedarf es für die Darstellung der verschiedenen Strahlwege nur eines einzigen schalt- oder verlagerbaren Elements. Der Aufbau ist somit einfach, kostengünstig zu verwirklichen und leicht zu justieren. Zugleich ist er aufgrund der Vermeidung einer Vielzahl komplexer, schaltbarer Elemente äußerst robust. Insbesondere wird der Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements ringförmig zu der Umlenkposition und damit im Ergebnis zu der Ziel-Strahlachse zurückgeführt, insbesondere derart, dass er nach der Umlenkung durch die zweiten Strahlumlenkelemente wieder exakt auf den gedachten Auftreffpunkt des ersten Strahlumlenkelements trifft. Dies ermöglicht ein präzises Schalten zwischen den beiden Funktionsstellungen und damit auch zwischen verschiedenen Funktionszuständen der Strahlführungsvorrichtung, ohne dass die Justierung des Energiestrahls auf die Ziel-Strahlachse verloren geht. Entlang des Strahlpfads in Propagationsrichtung hinter dem ersten Strahlumlenkelement kann ein Strahlmodifikationselement angeordnet sein, sodass durch das Schalten des ersten Strahlumlenkelements zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung ausgewählt werden kann, ob der Energiestrahl mit dem Strahlmodifikationselement zusammenwirkt oder nicht. Insbesondere wirkt der Energiestrahl in der ersten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements nicht mit dem Strahlmodifikationselement zusammen, wobei er in der zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements mit dem Strahlmodifikationselement zusammenwirkt. The object is achieved in particular by creating a beam guiding device for guiding an energy beam, in particular a laser beam, along a beam path, which has at least one first beam deflection element which is displaceable between a first functional position and a second functional position. The first beam deflection element is arranged in the beam path at a deflection position in the first functional position and is set up to deflect the energy beam - in particular away from the beam path - onto a target beam axis, and to allow the energy beam to propagate further along the beam path in the second functional position . The beam guidance device also has a plurality of second beam deflection elements, which are arranged in the beam path in at least one functional state of the beam guidance device and are set up to return the energy beam coming from the deflection position in the second functional position of the first beam deflection element along the beam path - in particular along a first beam path section to the deflection position and to the target beam axis. Advantageously, in this way, the energy beam can either be deflected onto the target beam axis by the first beam deflection element - in particular directly or via at least one further deflection - or can be guided further along the beam path, that is to say along another path, to the target beam axis. Only a single switchable or movable element is required to display the different beam paths. The structure is therefore simple, inexpensive to implement and easy to adjust. At the same time, it is extremely robust due to the avoidance of a large number of complex, switchable elements. In particular, in the second functional position of the first beam deflection element, the energy beam is returned in a ring shape to the deflection position and thus, as a result, to the target beam axis, in particular in such a way that after deflection by the second beam deflection elements it again hits exactly the imaginary point of impact of the first beam deflection element. This enables precise switching between the two functional positions and thus also between different ones Functional states of the beam guidance device without losing the adjustment of the energy beam to the target beam axis. A beam modification element can be arranged along the beam path in the propagation direction behind the first beam deflection element, so that by switching the first beam deflection element between the first functional position and the second functional position it can be selected whether the energy beam interacts with the beam modification element or not. In particular, the energy beam does not interact with the beam modification element in the first functional position of the first beam deflection element, whereas it interacts with the beam modification element in the second functional position of the first beam deflection element.
Die Strahlführungsvorrichtung ist insbesondere eingerichtet, um den Energiestrahl in einer Vorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen aus einem Pulvermaterial entlang des Strahlpfads zu führen. The beam guiding device is in particular set up to guide the energy beam along the beam path in a device for the additive manufacturing of components from a powder material.
Das erste Strahlumlenkelement ist insbesondere ein Strahlschaltelement oder eine Strahlweiche. Allgemein ist insbesondere jedes im Kontext der vorliegenden technischen Lehre beschriebene, zwischen zwei Funktionsstellungen verlagerbare - oder synonym schaltbare - Strahlumlenkelement ein Strahlschaltelement oder eine Strahlweiche. The first beam deflection element is in particular a beam switching element or a beam switch. In general, in particular, every beam deflection element described in the context of the present technical teaching that can be moved between two functional positions - or switched synonymously - is a beam switching element or a beam switch.
Insbesondere ist das erste Strahlumlenkelement eingerichtet, um den Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung nicht, insbesondere nicht direkt, auf die Ziel-Strahlachse umzulenken. Insbesondere erfolgt die Führung des Energiestrahls auf die Ziel-Strahlachse indirekt, insbesondere ringförmig, durch die zweiten Strahlumlenkelemente. In particular, the first beam deflection element is set up not to deflect the energy beam, in particular not directly, onto the target beam axis in the second functional position. In particular, the energy beam is guided onto the target beam axis indirectly, in particular in a ring, by the second beam deflection elements.
Es ist möglich, dass der Energiestrahl durch das erste Strahlumlenkelement in dessen erster Funktionsstellung direkt auf die Ziel-Strahlachse umgelenkt wird. In einer anderen Ausgestaltung wird der Energiestrahl durch das erste Strahlumlenkelement in der ersten Funktionsstellung auf mindestens ein zusätzliches - im Folgenden auch als viertes Strahlumlenkelement bezeichnetes - Strahlumlenkelement umgelenkt, wobei er durch das mindestens eine zusätzliche Strahlumlenkelement wiederum auf die Ziel-Strahlachse umgelenkt wird. Das mindestens eine zusätzliche Strahlumlenkelement kann seinerseits schaltbar und damit insbesondere als ein weiteres erstes Strahlumlenkelement ausgebildet sein, wobei es dann insbesondere an einer weiteren Umlenkposition angeordnet sein kann. Es kann dann insbesondere in einer ersten Funktionsstellung den Energiestrahl zu der Ziel-Strahlachse umlenken, und ihn in einer zweiten Funktionsstellung entlang eines weiteren Strahlpfadabschnitts - insbesondere ringförmig - zurück zu der weiteren Umlenkposition propagieren lassen, wobei in dem weiteren Strahlpfadabschnitt ein weiteres Strahlmodifikationselement angeordnet sein kann. It is possible for the energy beam to be deflected directly onto the target beam axis by the first beam deflection element in its first functional position. In another embodiment, the energy beam is deflected by the first beam deflecting element in the first functional position onto at least one additional beam deflecting element - hereinafter also referred to as the fourth beam deflecting element - whereby it is in turn deflected onto the target beam axis by the at least one additional beam deflecting element. The at least one additional beam deflection element can in turn be switchable and thus in particular designed as a further first beam deflection element, in which case it can then be arranged in particular at a further deflection position. It can then deflect the energy beam to the target beam axis, in particular in a first functional position, and return it in a second functional position along a further beam path section - in particular in a ring shape can be propagated to the further deflection position, wherein a further beam modification element can be arranged in the further beam path section.
Es ist möglich, dass der Energiestrahl durch das erste Strahlumlenkelement und/oder die zweiten Strahlumlenkelemente geführt in einer gleichbleibenden Ebene propagiert; das heißt er wird lediglich in zwei Dimensionen oder entlang zweier kartesischer Koordinaten geführt. Anders ausgedrückt liegt der gesamte Strahlpfad in einer einzigen Ebene. Alternativ ist es möglich, dass der Energiestrahl zumindest bereichsweise zumindest auch entlang einer dritten kartesischen Koordinate propagiert. Der Strahlpfad kann sich also insbesondere auch in drei Dimensionen erstrecken. It is possible for the energy beam to propagate in a constant plane guided by the first beam deflection element and/or the second beam deflection elements; that is, it is only guided in two dimensions or along two Cartesian coordinates. In other words, the entire beam path lies in a single plane. Alternatively, it is possible for the energy beam to propagate at least in some areas along a third Cartesian coordinate. The beam path can therefore extend in particular in three dimensions.
In einer Ausgestaltung sind die zweiten Strahlumlenkelemente sämtlich als passive Strahlführungselemente ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass keines der zweiten Strahlumlenkelemente schaltbar oder - synonym - zwischen verschiedenen Funktionsstellungen verlagerbar ist. In einer anderen Ausgestaltung kann dagegen zumindest eines der zweiten Strahlumlenkelemente zwischen zwei verschiedenen Funktionsstellungen verlagerbar, das heißt schaltbar, ausgebildet sein, insbesondere als Strahlschaltelement oder Strahlweiche. Als passive Strahlführungselemente ausgebildete zweite Strahlumlenkelemente sind bevorzugt in jedem Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung in dem Strahlpfad angeordnet, sie werden also insbesondere nicht wahlweise in den Strahlpfad hineinbewegt oder aus dem Strahlpfad hinausverlagert. Eine Ausgestaltung, bei der alle zweiten Strahlumlenkelemente als passive Strahlführungselemente ausgebildet sind, ist daher konstruktiv sehr einfach, kostengünstig und robust. In one embodiment, the second beam deflection elements are all designed as passive beam guidance elements. This means in particular that none of the second beam deflection elements can be switched or - synonymously - moved between different functional positions. In another embodiment, however, at least one of the second beam deflection elements can be designed to be displaceable, that is to say switchable, between two different functional positions, in particular as a beam switching element or beam switch. Second beam deflection elements designed as passive beam guidance elements are preferably arranged in the beam path in every functional state of the beam guidance device, so in particular they are not selectively moved into the beam path or shifted out of the beam path. An embodiment in which all second beam deflection elements are designed as passive beam guiding elements is therefore structurally very simple, inexpensive and robust.
Der Begriff „Funktionsstellung“ bezieht sich im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere auf eine räumliche Stellung oder auf einen inneren Zustand eines Strahlumlenkelements. Dass ein Strahlumlenkelement in einer Funktionsstellung angeordnet ist bedeutet im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere, dass das Strahlumlenkelement die entsprechende Funktionsstellung aufweist. Die Begriffe „anordnen“ und „verlagern“ beziehen sich mit Blick auf die Funktionsstellungen eines Strahlumlenkelements keinesfalls zwingend auf eine räumliche Verlagerung, sondern insbesondere auf ein Schalten zwischen den verschiedenen Funktionsstellungen; sie können sich somit insbesondere auch nur auf die Änderung eines inneren Zustands ohne Änderung der räumlichen Stellung beziehen; allerdings können sie in bestimmten Ausgestaltungen auch eine räumliche Verlagerung einschließen oder sogar ausschließlich eine Änderung der räumlichen Stellung umfassen. Der Begriff „Funktionszustand“ bezieht sich im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere auf einen Zustand der Strahlführungsvorrichtung, der insbesondere durch einen bestimmten Propagationsweg für den Energiestrahl gekennzeichnet ist. Insbesondere kann die Strahlführungsvorrichtung in einem ersten Funktionszustand angeordnet sein, wenn das erste Strahlumlenkelement in der ersten Funktionsstellung angeordnet ist. Insbesondere ist der zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements ein zweiter Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung zugeordnet. Insbesondere können der ersten und/oder zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements - wie im Folgenden noch erläutert - weitere Funktionszustände der Strahlführungsvorrichtung zugeordnet sein. Demzufolge ist es insbesondere möglich, dass die Strahlführungsvorrichtung in dem zweiten Funktionszustand angeordnet ist, wenn das erste Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung angeordnet ist. Insbesondere wenn die zweiten Strahlumlenkelemente sämtlich als passive Strahlführungselemente ausgebildet sind, ist die Strahlführungsvorrichtung in dem zweiten Funktionszustand angeordnet, wenn das erste Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung angeordnet ist. In the context of the present technical teaching, the term “functional position” refers in particular to a spatial position or to an internal state of a beam deflection element. In the context of the present technical teaching, the fact that a beam deflection element is arranged in a functional position means in particular that the beam deflection element has the corresponding functional position. With regard to the functional positions of a beam deflection element, the terms “arrange” and “displace” do not necessarily refer to a spatial displacement, but in particular to switching between the different functional positions; In particular, they can therefore only refer to the change in an internal state without a change in the spatial position; However, in certain embodiments they can also include a spatial shift or even exclusively include a change in the spatial position. In the context of the present technical teaching, the term “functional state” refers in particular to a state of the beam guidance device, which is characterized in particular by a specific propagation path for the energy beam. In particular, the beam guidance device can be arranged in a first functional state when the first beam deflection element is arranged in the first functional position. In particular, a second functional state of the beam guidance device is assigned to the second functional position of the first beam deflection element. In particular, the first and/or second functional position of the first beam deflection element - as explained below - can be assigned further functional states of the beam guidance device. Accordingly, it is possible in particular for the beam guidance device to be arranged in the second functional state when the first beam deflection element is arranged in the second functional position. In particular, if the second beam deflection elements are all designed as passive beam guidance elements, the beam guidance device is arranged in the second functional state when the first beam deflection element is arranged in the second functional position.
Unter einem additiven oder generativen Fertigen oder Herstellen eines Bauteils wird insbesondere ein Pulverbett-basiertes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils verstanden, insbesondere ein Fertigungsverfahren, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintem, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die Fertigungsvorrichtung ist demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten additiven oder generativen Fertigungsverfahren. Additive or generative manufacturing of a component is understood to mean, in particular, a powder bed-based method for producing a component, in particular a manufacturing method that is selected from a group consisting of selective laser sintering, laser metal fusion - LMF), a direct metal laser melting (DMLM), a laser net shaping manufacturing (LNSM), and a laser engineered net shaping (LENS). The manufacturing device is therefore in particular set up to carry out at least one of the aforementioned additive or generative manufacturing processes.
Der Energiestrahl ist insbesondere ein optischer Arbeitsstrahl, insbesondere ein Laserstrahl. Der Energiestrahl kann kontinuierlich oder gepulst sein, insbesondere kontinuierliche Laserstrahlung oder gepulste Laserstrahlung. The energy beam is in particular an optical working beam, in particular a laser beam. The energy beam can be continuous or pulsed, in particular continuous laser radiation or pulsed laser radiation.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung außerhalb des Strahlpfads angeordnet ist. Insbesondere ist das erste Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung nicht an der Umlenkposition, insbesondere nicht in dem Strahlpfad angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung ist das erste Strahlumlenkelement demnach wahlweise in den Strahlpfad hinein und aus dem Strahlpfad heraus verlagerbar. Vorteilhaft kann in dieser Ausgestaltung das erste Strahlumlenkelement sehr einfach und kostengünstig, insbesondere als Spiegel, ausgebildet sein. According to a further development of the invention, it is provided that the first beam deflection element is arranged outside the beam path in the second functional position. In particular, in the second functional position, the first beam deflection element is not arranged at the deflection position, in particular not in the beam path. In this embodiment, the first beam deflection element can therefore be moved either into the beam path or out of the beam path. Advantageously, in this embodiment, the first beam deflection element can be designed very simply and cost-effectively, in particular as a mirror.
Alternativ ist vorgesehen, dass das erste Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung eingerichtet ist, um den Energiestrahl zumindest teilweise zu transmittieren. Insbesondere ist das erste Strahlumlenkelement in dieser Ausgestaltung in der zweiten Funktionsstellung an der Umlenkposition transparent geschaltet. Insbesondere verbleibt somit das erste Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung an der Umlenkposition. Insbesondere wird das zweite Strahlumlenkelement nicht verlagert. Vorteilhaft bedarf es in dieser Ausgestaltung keines Mechanismus, der das erste Strahlumlenkelement wahlweise in den Strahlpfad hinein und aus dem Strahlpfad heraus verlagert, sondern lediglich eines insbesondere robusteren Mechanismus zur Steuerung oder Umschaltung eines inneren Zustands des ersten Strahlumlenkelements, insbesondere um dessen Transmissionseigenschaften zu verändern. Dafür bedarf es allerdings einer komplexeren Ausgestaltung des ersten Strahlumlenkelements mit veränderbaren, insbesondere schaltbaren Transmissionseigenschaften. Alternatively, it is provided that the first beam deflection element is set up in the second functional position to at least partially transmit the energy beam. In particular, in this embodiment, the first beam deflection element is switched transparent in the second functional position at the deflection position. In particular, the first beam deflection element thus remains in the second functional position at the deflection position. In particular, the second beam deflection element is not displaced. Advantageously, in this embodiment there is no need for a mechanism that selectively shifts the first beam deflection element into and out of the beam path, but rather only a particularly more robust mechanism for controlling or switching an internal state of the first beam deflection element, in particular in order to change its transmission properties. However, this requires a more complex design of the first beam deflection element with changeable, in particular switchable, transmission properties.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass entlang des Strahlpfads - insbesondere in Propagationsrichtung hinter dem ersten Strahlumlenkelement - mindestens ein erstes Strahlmodifikationselement angeordnet ist. Somit kann vorteilhaft durch Schalten des ersten Strahlumlenkelements, das heißt durch dessen Verlagerung zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung, ausgewählt werden, ob der Energiestrahl mit dem ersten Strahlmodifikationselement zusammenwirkt oder nicht. Somit kann zumindest eine Strahleigenschaft des Energiestrahls durch Schalten des ersten Strahlumlenkelements gezielt verändert werden. Insbesondere wirkt der Energiestrahl nicht mit dem ersten Strahlmodifikationselement zusammen, wenn das erste Strahlumlenkelement in seiner ersten Funktionsstellung angeordnet ist, wobei der Energiestrahl mit dem ersten Strahlmodifikationselement zusammenwirkt, wenn das erste Strahlumlenkelement in seiner zweiten Funktionsstellung angeordnet ist. According to a further development of the invention, it is provided that at least one first beam modification element is arranged along the beam path - in particular in the propagation direction behind the first beam deflection element. Thus, by switching the first beam deflection element, that is to say by displacing it between the first functional position and the second functional position, it can advantageously be selected whether the energy beam interacts with the first beam modification element or not. Thus, at least one beam property of the energy beam can be changed in a targeted manner by switching the first beam deflection element. In particular, the energy beam does not interact with the first beam modification element when the first beam deflection element is arranged in its first functional position, wherein the energy beam interacts with the first beam modification element when the first beam deflection element is arranged in its second functional position.
Insbesondere ist das erste Strahlmodifikationselement ein Strahlformungselement. In particular, the first beam modification element is a beam shaping element.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein zweites - schaltbares - Strahlumlenkelement der Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung verlagerbar ist. Das mindestens eine zweite Strahlumlenkelement ist in der ersten Funktionsstellung eingerichtet, um den Energiestrahl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts des Strahlpfads zu führen. Außerdem ist das mindestens eine zweite Strahlumlenkelement in der zweiten Funktionsstellung so eingerichtet, dass der Energiestrahl entlang eines zweiten Strahlpfadabschnitts propagieren kann. Durch Schalten des mindestens einen zweiten Strahlumlenkelements zwischen der ersten Funktionsstellung und der zweiten Funktionsstellung kann somit ausgewählt werden, ob der Energiestrahl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts oder entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts propagiert. Somit können weitere Funktionen insbesondere zur Modifikation des Energiestrahls verwirklicht werden. According to a further development of the invention, it is provided that at least one second - switchable - beam deflection element of the plurality of second beam deflection elements can be moved between a first functional position and a second functional position. The at least one second beam deflection element is set up in the first functional position to direct the energy beam to guide along the first beam path section of the beam path. In addition, the at least one second beam deflection element is set up in the second functional position so that the energy beam can propagate along a second beam path section. By switching the at least one second beam deflection element between the first functional position and the second functional position, it can thus be selected whether the energy beam propagates along the first beam path section or along the second beam path section. Additional functions can thus be implemented, in particular for modifying the energy beam.
Insbesondere ist das mindestens eine zweite Strahlumlenkelement als Strahlschaltelement oder Strahlweiche ausgebildet. In particular, the at least one second beam deflection element is designed as a beam switching element or beam switch.
In einer Ausführungsform sind zwei zweite Strahlumlenkelemente oder mehr als zwei zweite Strahlumlenkelemente zwischen einer jeweiligen ersten Funktionsstellung und einer jeweiligen zweiten Funktionsstellung verlagerbar, das heißt insbesondere als Strahlschaltelemente oder Strahlweichen ausgebildet. In einer Ausgestaltung ist es möglich, dass zur Führung des Energiestrahls entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts, insbesondere anstelle des ersten Strahlpfadabschnitts, zwei schaltbare zweite Strahlumlenkelemente - insbesondere synchron - geschaltet werden müssen. In one embodiment, two second beam deflection elements or more than two second beam deflection elements can be displaced between a respective first functional position and a respective second functional position, that is to say in particular designed as beam switching elements or beam diverters. In one embodiment, it is possible that in order to guide the energy beam along the second beam path section, in particular instead of the first beam path section, two switchable second beam deflection elements must be switched - in particular synchronously.
Insbesondere ist die Strahlführungsvorrichtung in einem zweiten Funktionszustand angeordnet, wenn das erste Strahlumlenkelement in seiner zweiten Funktionsstellung und zugleich das mindestens eine schaltbare zweite Strahlumlenkelement in seiner ersten Funktionsstellung ist. Insbesondere ist die Strahlführungsvorrichtung in einem dritten Funktionszustand angeordnet, wenn das erste Strahlumlenkelement in seiner zweiten Funktionsstellung und zugleich das mindestens eine schaltbare zweite Strahlumlenkelement in seiner zweiten Funktionsstellung ist. Wie zuvor bereits ausgeführt, ist jedem Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung ein eigener Propagationsweg für den Energiestrahl zugeordnet. In particular, the beam guidance device is arranged in a second functional state when the first beam deflection element is in its second functional position and at the same time the at least one switchable second beam deflection element is in its first functional position. In particular, the beam guidance device is arranged in a third functional state when the first beam deflection element is in its second functional position and at the same time the at least one switchable second beam deflection element is in its second functional position. As previously stated, each functional state of the beam guidance device is assigned its own propagation path for the energy beam.
Insbesondere sind entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts weitere zweite Strahlumlenkelemente angeordnet, um den Energiestrahl entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts zu führen. Die hier beschriebene Ausgestaltung kann insbesondere - durch die Verwendung weiterer schaltbarer zweiter Strahlumlenkelemente - kaskadiert werden, um eine Mehrzahl von Strahlpfadabschnitten und damit insbesondere eine Mehrzahl von Modifikationen für den Energiestrahl verwirklichen zu können. In einer Ausführungsform ist die Strahlführungsvorrichtung derart eingerichtet, dass der Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung des zweiten Strahlumlenkelements unter Umgehung des ersten Strahlpfadabschnitts entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts propagieren kann. Sind beispielsweise in dem ersten Strahlpfadabschnitt ein erstes Strahlmodifikationselement und in dem zweiten Strahlpfadabschnitt ein zweites Strahlmodifikationselement angeordnet, kann bei dieser Ausführungsform vorteilhaft zwischen dem ersten Strahlmodifikationselement und dem zweiten Strahlmodifikationselement umgeschaltet werden. In particular, further second beam deflection elements are arranged along the second beam path section in order to guide the energy beam along the second beam path section. The embodiment described here can in particular be cascaded - through the use of further switchable second beam deflection elements - in order to be able to realize a plurality of beam path sections and thus in particular a plurality of modifications for the energy beam. In one embodiment, the beam guidance device is set up such that the energy beam can propagate along the second beam path section in the second functional position of the second beam deflection element, bypassing the first beam path section. If, for example, a first beam modification element is arranged in the first beam path section and a second beam modification element is arranged in the second beam path section, in this embodiment it is advantageous to switch between the first beam modification element and the second beam modification element.
In einer anderen Ausführungsform ist die Strahlführungsvorrichtung derart eingerichtet, dass der Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung des zweiten Strahlumlenkelements entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts und zusätzlich entlang des ersten Strahlpfadabschnitts propagieren kann. Sind beispielsweise in dem ersten Strahlpfadabschnitt ein erstes Strahlmodifikationselement und in dem zweiten Strahlpfadabschnitt ein zweites Strahlmodifikationselement angeordnet, wirkt bei dieser Ausführungsform vorteilhaft in der ersten Funktionsstellung des zweiten Strahlumlenkelements nur das erste Strahlmodifikationselement mit dem Energiestrahl zusammen, wobei in der zweiten Funktionsstellung des zweiten Strahlumlenkelements sowohl das erste Strahlmodifikationselement als auch das zweite Strahlmodifikationselement mit dem Energiestrahl Zusammenwirken. In another embodiment, the beam guidance device is set up such that the energy beam can propagate along the second beam path section and additionally along the first beam path section in the second functional position of the second beam deflection element. If, for example, a first beam modification element is arranged in the first beam path section and a second beam modification element is arranged in the second beam path section, in this embodiment advantageously only the first beam modification element interacts with the energy beam in the first functional position of the second beam deflection element, with both in the second functional position of the second beam deflection element The first beam modification element and the second beam modification element interact with the energy beam.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine erste Strahlmodifikationselement in dem ersten Strahlpfadabschnitt angeordnet ist, wobei in dem zweiten Strahlpfadabschnitt mindestens ein zweites Strahlmodifikationselement angeordnet ist. Vorteilhaft können auf diese Weise insbesondere die zuvor bereits beschriebenen Funktionen und Modifikationen des Energiestrahls verwirklicht werden. According to a further development of the invention, it is provided that the at least one first beam modification element is arranged in the first beam path section, with at least one second beam modification element being arranged in the second beam path section. In particular, the previously described functions and modifications of the energy beam can advantageously be realized in this way.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strahlführungsvorrichtung mindestens ein drittes Strahlumlenkelement aufweist, das zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung verlagerbar ist. Das mindestens eine dritte Strahlumlenkelement ist eingerichtet, um den Energiestrahl in der ersten Funktionsstellung unter Umgehung eines dritten Strahlpfadabschnitts entlang des Strahlpfads propagieren zu lassen, und um den Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung entlang des dritten Strahlpfadabschnitts zu führen. In einer Ausgestaltung ist es möglich, dass zur Führung des Energiestrahls entlang des dritten Strahlpfadabschnitts, insbesondere anstelle des ersten oder zweiten Strahlpfadabschnitts, zwei schaltbare dritte Strahlumlenkelemente - insbesondere synchron - geschaltet werden müssen. Insbesondere ist das mindestens eine dritte Strahlumlenkelement - insbesondere im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Strahlumlenkelementen - so ausgebildet, dass es die Propagation des Energiestrahls in seiner ersten Funktionsstellung nicht ablenkt, während es den Energiestrahl in seiner zweiten Funktionsstellung umlenkt. Insbesondere ist das mindestens eine dritte Strahlumlenkelement in einer Ausgestaltung als ein Strahlschaltelement ausgebildet, das zur Verwirklichung eines zusätzlichen Propagationswegs oder einer Zusatzfunktion in den Strahlpfad hineingeschaltet wird. Es ist also insbesondere in seiner zweiten Funktionsstellung in den Strahlpfad hineinverlagert, wobei es in seiner ersten Funktionsstellung aus dem Strahlpfad hinausverlagert oder außerhalb des Strahlpfads angeordnet ist. Alternativ ist das mindestens eine dritte Strahlumlenkelement in einer anderen Ausgestaltung als ein Strahlschaltelement ausgebildet, das den Energiestrahl in der ersten Funktionsstellung zumindest teilweise transmittiert, während es ihn in seiner zweiten Funktionsstellung umlenkt, insbesondere reflektiert. According to a further development of the invention, it is provided that the beam guidance device has at least a third beam deflection element which can be displaced between a first functional position and a second functional position. The at least one third beam deflection element is set up to allow the energy beam to propagate along the beam path in the first functional position, bypassing a third beam path section, and to guide the energy beam along the third beam path section in the second functional position. In one embodiment, it is possible that in order to guide the energy beam along the third beam path section, in particular instead of the first or second beam path section, two switchable third beam deflection elements must be switched - in particular synchronously. In particular, the at least one third beam deflection element - in particular in contrast to the previously described beam deflection elements - is designed so that it does not deflect the propagation of the energy beam in its first functional position, while it deflects the energy beam in its second functional position. In particular, the at least one third beam deflection element is designed in one embodiment as a beam switching element, which is switched into the beam path to implement an additional propagation path or an additional function. In particular, it is moved into the beam path in its second functional position, whereas in its first functional position it is moved out of the beam path or is arranged outside the beam path. Alternatively, the at least one third beam deflection element is designed in another embodiment as a beam switching element which at least partially transmits the energy beam in the first functional position while it deflects, in particular reflects, it in its second functional position.
Die erste Funktionsstellung des mindestens einen dritten Strahlumlenkelements ist dabei - insbesondere je nach Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements und des zweiten Strahlumlenkelements - insbesondere dem zweiten Funktionszustand und/oder dem dritten Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung zugeordnet. Die zweite Funktionsstellung des mindestens einen dritten Strahlumlenkelements ist insbesondere einem vierten Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung zugeordnet. Insbesondere ist die Strahlführungsvorrichtung in dem vierten Funktionszustand angeordnet, wenn das erste Strahlumlenkelement und das dritte Strahlumlenkelement, und gegebenenfalls auch das mindestens eine schaltbare zweite Strahlumlenkelement, jeweils in ihrer zweiten Funktionsstellung sind. The first functional position of the at least one third beam deflection element is assigned - in particular depending on the functional position of the first beam deflection element and the second beam deflection element - in particular to the second functional state and/or the third functional state of the beam guidance device. The second functional position of the at least one third beam deflection element is in particular assigned to a fourth functional state of the beam guidance device. In particular, the beam guidance device is arranged in the fourth functional state when the first beam deflection element and the third beam deflection element, and optionally also the at least one switchable second beam deflection element, are each in their second functional position.
Insbesondere ist das dritte Strahlumlenkelement eingerichtet, um den Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung unter Umgehung des ersten Strahlpfadabschnitts und/oder des zweiten Strahlpfadabschnitts entlang des dritten Strahlpfadabschnitts zu führen. In particular, the third beam deflection element is set up to guide the energy beam along the third beam path section in the second functional position, bypassing the first beam path section and/or the second beam path section.
In einer Ausführungsform ist in dem dritten Strahlpfadabschnitt mindestens ein drittes Strahlmodifikationselement angeordnet. Insbesondere auf diese Weise kann eine Zusatzfunktion oder weitere Strahlmodifikation für den Energiestrahl bereitgestellt werden. In one embodiment, at least one third beam modification element is arranged in the third beam path section. In particular, in this way, an additional function or further beam modification can be provided for the energy beam.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Strahlpfadabschnitt des Strahlpfads als Frei strahl strecke ausgebildet ist. In einer Ausgestaltung ist es möglich, dass der Strahlpfad insgesamt als Frei strahl strecke ausgebildet ist. Insbesondere ist auch die Ziel- Strahlachse als Frei strahl strecke ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass mindestens ein Strahlpfadabschnitt des Strahlpfads als Faserabschnitt ausgebildet ist. In einer Ausgestaltung ist es möglich, dass der Strahlpfad insgesamt als Faserstrecke ausgeführt ist. Insbesondere ist auch die Ziel-Strahlachse als Faserstrecke ausgeführt. Es ist aber auch möglich, dass der Strahlpfad sowohl mindestens einen als Frei strahl strecke ausgeführten Abschnitt als auch mindestens einen als Faserstrecke ausgeführten Abschnitt aufweist. According to a further development of the invention, it is provided that at least one beam path section of the beam path is designed as a free beam path. In one embodiment, it is possible for the beam path to be designed overall as a free beam path. In particular, the target beam axis is also designed as a free beam path. Alternatively or additionally, it is provided that at least one beam path section of the beam path is designed as a fiber section. In one embodiment, it is possible for the beam path to be designed overall as a fiber section. In particular, the target beam axis is also designed as a fiber section. However, it is also possible for the beam path to have both at least one section designed as a free beam path and at least one section designed as a fiber path.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eines der Strahlumlenkelemente der Strahlführungsvorrichtung, insbesondere ausgewählt aus dem mindestens einen ersten Strahlumlenkelement, dem mindestens einen zweiten Strahlumlenkelement und dem mindestens einen dritten Strahlumlenkelement, als Spiegel ausgebildet ist. Dies stellt eine besonders einfache und zugleich funktionale Ausgestaltung eines Strahlumlenkelements dar. According to a further development of the invention, it is provided that at least one of the beam deflection elements of the beam guiding device, in particular selected from the at least one first beam deflection element, the at least one second beam deflection element and the at least one third beam deflection element, is designed as a mirror. This represents a particularly simple and at the same time functional design of a beam deflection element.
In einer Ausführungsform ist mindestens eines der - insbesondere schaltbaren - Strahlumlenkelemente, insbesondere ausgewählt aus dem mindestens einen ersten Strahlumlenkelement, dem mindestens einen zweiten Strahlumlenkelement und dem mindestens einen dritten Strahlumlenkelement, als schwenkbarer oder drehbarer Spiegel ausgebildet. In one embodiment, at least one of the - in particular switchable - beam deflection elements, in particular selected from the at least one first beam deflection element, the at least one second beam deflection element and the at least one third beam deflection element, is designed as a pivotable or rotatable mirror.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eines der Strahlmodifikationselemente der Strahlführungsvorrichtung eingerichtet ist, um einen Strahldurchmesser, eine Intensitätsverteilung, eine Polarisation und/oder eine zeitliche Modulation des Energiestrahls zu beeinflussen. According to a further development of the invention, it is provided that at least one of the beam modification elements of the beam guidance device is set up to influence a beam diameter, an intensity distribution, a polarization and/or a temporal modulation of the energy beam.
Insbesondere ist das mindestens eine Strahlmodifikationselement ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Strahlformungselement, insbesondere eingerichtet zur Erzeugung einer runden, insbesondere rotationssymmetrischen, oder einer nicht-rotationssymmetrischen, insbesondere elliptischen Querschnittsform des Energiestrahls; einem Strahlteiler; einem Strahlversatzelement, eingerichtet zum Bewirken eines lateralen oder axialen Versatzes des Energiestrahls; einem Polarisationsmodifikationselement, eingerichtet zur Änderung oder Definition eines Polarisationszustandes des Energiestrahls; einem Frequenzkonversionselement; und einem Modulationselement, insbesondere eingerichtet zum Aufprägen einer zusätzlichen Modulation auf den Energiestrahl. Unter einem axialen Versatz des Energiestrahls wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Änderung einer Fokuslage des Energiestrahls verstanden. In particular, the at least one beam modification element is selected from a group consisting of: a beam shaping element, in particular designed to generate a round, in particular rotationally symmetrical, or a non-rotationally symmetrical, in particular elliptical cross-sectional shape of the energy beam; a beam splitter; a beam offset element configured to effect a lateral or axial offset of the energy beam; a polarization modification element configured to change or define a polarization state of the energy beam; a frequency conversion element; and a modulation element, in particular designed to impose an additional modulation on the energy beam. In the context of the present technical teaching, an axial offset of the energy beam is understood to mean, in particular, a change in a focal position of the energy beam.
Die Möglichkeit, zwischen verschiedenen Modifikationen des Energiestrahls umzuschalten ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine bestimmte Modifikation oder Eigenschaft des Energiestrahls mit einer Einbuße in der Leistung verbunden ist, die nicht allgemein, das heißt nicht für alle Betriebsbedingungen oder durchzuführenden Prozesse einer Fertigungsvorrichtung hingenommen werden kann. Benötigt man beispielsweise für einen ersten Prozess mindestens 1 kW Leistung, kann gegebenenfalls - insbesondere abhängig von einer Nennleistung einer Strahlerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung des Energiestrahls - für diesen Prozess auf eine bestimmte Modifikation des Energiestrahls verzichtet werden, während diese Modifikation gegebenenfalls bei einem zweiten Prozess benötigt wird, bei dem dafür beispielsweise 20 % Leistungsverluste hingenommen werden können. The possibility of switching between different modifications of the energy beam is particularly advantageous if a specific modification or property of the energy beam is associated with a loss in performance that cannot be accepted generally, that is, not for all operating conditions or processes to be carried out in a manufacturing device. For example, if at least 1 kW of power is required for a first process, it may be possible - in particular depending on a nominal power of a beam generating device for generating the energy beam - to dispense with a specific modification of the energy beam for this process, while this modification may be required for a second process, where, for example, 20% power losses can be accepted.
In einer Ausführungsform ist das mindestens eine Strahlmodifikationselement ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Linse, einem Teleskop, und einem Polarisationsfilter. In one embodiment, the at least one beam modification element is selected from a group consisting of a lens, a telescope, and a polarization filter.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strahlführungsvorrichtung das erste Strahlumlenkelement als ein erstes erstes Strahlumlenkelement und außerdem mindestens ein viertes Strahlumlenkelement aufweist, das eingerichtet ist, um zumindest in einer ersten Funktionsstellung den Energiestrahl von der Umlenkposition als einer ersten Umlenkposition auf die Ziel-Strahlachse umzulenken, wenn das erste erste Strahlumlenkelement in seiner ersten Funktionsstellung ist, wobei vorzugsweise mindestens ein viertes Strahlumlenkelement des mindestens einen vierten Strahlumlenkelements als ein zweites erstes Strahlumlenkelement ausgebildet und derart eingerichtet ist, dass der Energiestrahl in einer zweiten Funktionsstellung des zweiten ersten Strahlumlenkelements entlang eines vierten Strahlpfadabschnitts propagieren kann. Insbesondere ist das zweite erste Strahlumlenkelement an einer zweiten Umlenkposition angeordnet, und der Energiestrahl wird in der zweiten Funktionsstellung des zweiten ersten Strahlumlenkelements - insbesondere ringförmig - zu der zweiten Umlenkposition zurückgeführt, insbesondere wiederum durch eine Mehrzahl entlang des vierten Strahlpfadabschnitts angeordneter zweiter Strahlumlenkelemente. According to a further development of the invention, it is provided that the beam guidance device has the first beam deflection element as a first beam deflection element and also at least a fourth beam deflection element, which is set up to direct the energy beam from the deflection position as a first deflection position to the target at least in a first functional position. To deflect the beam axis when the first first beam deflection element is in its first functional position, preferably at least a fourth beam deflection element of the at least one fourth beam deflection element being designed as a second first beam deflection element and being set up such that the energy beam is in a second functional position of the second first beam deflection element along a fourth Beam path section can propagate. In particular, the second first beam deflection element is arranged at a second deflection position, and the energy beam is returned - in particular annularly - to the second deflection position in the second functional position of the second first beam deflection element, in particular again by a plurality of second beam deflection elements arranged along the fourth beam path section.
Insbesondere weist die Strahlführungsvorrichtung die Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente auf, die angeordnet und eingerichtet sind, um den Energiestrahl in der zweiten Funktionsstellung des ersten ersten Strahlumlenkelements entlang des ersten Strahlpfadabschnitts zu führen. Insbesondere ist die Strahlführungsvorrichtung derart eingerichtet, dass der Energiestrahl dann, wenn das erste erste Strahlumlenkelement und das zweite erste Strahlumlenkelement jeweils in ihrer ersten Funktionsstellung sind, zu der Ziel-Strahlachse umgelenkt wird, ohne entlang des ersten Strahlpfadabschnitts oder entlang des vierten Strahlpfadabschnitts zu propagieren. Dies entspricht dem ersten Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung. Sind dagegen das erste erste Strahlumlenkelement in seiner zweiten Funktionsstellung und zugleich das zweite erste Strahlumlenkelement in seiner ersten Funktionsstellung, propagiert der Energiestrahl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts, wobei er anschließend durch das zweite erste Strahlumlenkelement zu der Ziel-Strahlachse umgelenkt wird, ohne entlang des vierten Strahlpfadabschnitts zu propagieren. Dies entspricht dem zweiten Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung. Sind das erste erste Strahlumlenkelement in seiner ersten Funktionsstellung und zugleich das zweite erste Strahlumlenkelement in seiner zweiten Funktionsstellung, propagiert der Energiestrahl entlang des vierten Strahlpfadabschnitts, ohne entlang des ersten Strahlpfadabschnitts zu propagieren. Dies entspricht einem fünften Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung. Sind sowohl das erste erste Strahlumlenkelement als auch das zweite erste Strahlumlenkelement jeweils in ihrer zweiten Funktionsstellung angeordnet, propagiert der Energiestrahl sowohl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts als auch entlang des vierten Strahlpfadabschnitts. Dies entspricht einem sechsten Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung. Somit kann vorteilhaft bei der hier beschriebenen Ausgestaltung ausgewählt werden, ob der Energiestrahl unter Umgehung des ersten Strahlpfadabschnitts und des vierten Strahlpfadabschnitts auf die Ziel-Strahlachse gelenkt wird, oder ob der Energiestrahl nur entlang des ersten Strahlpfadabschnitts oder nur entlang des vierten Strahlpfadabschnitts propagiert, oder ob der Energiestrahl sowohl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts als auch entlang des vierten Strahlpfadabschnitts propagiert. Somit wird quasi eine und/oder- Verknüpfung zwischen dem ersten Strahlpfadabschnitt und dem vierten Strahlpfadabschnitt erreicht. Ist in dem ersten Strahlpfadabschnitt und in dem vierten Strahlpfadabschnitt jeweils ein Strahlmodifikationselement angeordnet, kann beliebig zwischen den Strahlmodifikationselementen ausgewählt oder auch eine Kombination der Strahlmodifikationselemente verwirklicht werden. In particular, the beam guidance device has the plurality of second beam deflection elements, which are arranged and set up to guide the energy beam along the first beam path section in the second functional position of the first first beam deflection element. In particular, the beam guidance device is set up in such a way that the energy beam is deflected to the target beam axis when the first first beam deflection element and the second first beam deflection element are each in their first functional position, without propagating along the first beam path section or along the fourth beam path section. This corresponds to the first functional state of the beam guidance device. On the other hand, if the first first beam deflection element is in its second functional position and at the same time the second first beam deflection element is in its first functional position, the energy beam propagates along the first beam path section, whereby it is then deflected by the second first beam deflection element to the target beam axis, without being along the fourth beam path section to propagate. This corresponds to the second functional state of the beam guidance device. If the first first beam deflection element is in its first functional position and at the same time the second first beam deflection element is in its second functional position, the energy beam propagates along the fourth beam path section without propagating along the first beam path section. This corresponds to a fifth functional state of the beam guidance device. If both the first first beam deflection element and the second first beam deflection element are each arranged in their second functional position, the energy beam propagates both along the first beam path section and along the fourth beam path section. This corresponds to a sixth functional state of the beam guidance device. Thus, in the embodiment described here, it can advantageously be selected whether the energy beam is directed to the target beam axis, bypassing the first beam path section and the fourth beam path section, or whether the energy beam propagates only along the first beam path section or only along the fourth beam path section, or whether the energy beam propagates both along the first beam path section and along the fourth beam path section. An and/or link between the first beam path section and the fourth beam path section is thus achieved. If a beam modification element is arranged in the first beam path section and in the fourth beam path section, any selection can be made between the beam modification elements or a combination of the beam modification elements can be implemented.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, die eine Strahlerzeugungsvorrichtung aufweist, wobei die Strahlerzeugungsvorrichtung eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls. Die Fertigungsvorrichtung weist außerdem eine Scannervorrichtung auf, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich lokal selektiv mit dem Energiestrahl zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Weiterhin weist die Fertigungsvorrichtung eine erfindungsgemäße Strahlführungsvorrichtung oder eine Strahlführungsvorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf, wobei die Strahlführungsvorrichtung derart relativ zu der Strahlerzeugungsvorrichtung angeordnet ist, dass der von der Strahlerzeugungsvorrichtung erzeugte Energiestrahl im Betrieb der Fertigungsvorrichtung von der Strahlerzeugungsvorrichtung zu der Umlenkposition propagiert, und wobei die Strahlführungsvorrichtung derart relativ zu der Scannervorrichtung angeordnet ist, dass die Ziel-Strahlachse mit einer Eintritts-Strahlachse der Scannervorrichtung zusammenfällt. In Zusammenhang mit der Fertigungsvorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit der Strahlführungsvorrichtung erläutert wurden. Weiterhin wird somit vorteilhaft der Energiestrahl stets zielgenau in die Scannervorrichtung geführt, unabhängig davon, welchen Propagationsweg er nimmt, und insbesondere unabhängig davon, mit welchen Strahlmodifikationselementen er gegebenenfalls zusammenwirkt. The object is also achieved by creating a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, which has a beam generating device, the beam generating device being set up to generate an energy beam. The manufacturing device also has a scanner device that is set up to locally selectively irradiate a work area with the energy beam using the energy beam to produce a component from the powder material arranged in the work area. Furthermore, the manufacturing device has a beam guiding device according to the invention or a beam guiding device according to one or more of the previously described embodiments, wherein the beam guiding device is arranged relative to the beam generating device in such a way that the energy beam generated by the beam generating device propagates from the beam generating device to the deflection position during operation of the manufacturing device, and wherein the beam guiding device is arranged relative to the scanner device such that the target beam axis coincides with an entrance beam axis of the scanner device. In connection with the production device, there are in particular the advantages that have already been explained previously in connection with the beam guidance device. Furthermore, the energy beam is thus advantageously always guided precisely into the scanner device, regardless of which propagation path it takes, and in particular regardless of which beam modification elements it may interact with.
Insbesondere propagiert der Energiestrahl im Betrieb der Fertigungsvorrichtung über mindestens eine Frei strahl strecke und/oder mindestens eine Faserstrecke von der Strahlerzeugungsvorrichtung zu der Umlenkposition. In particular, during operation of the production device, the energy beam propagates over at least one free beam path and/or at least one fiber path from the beam generating device to the deflection position.
Die Scannervorrichtung weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer- Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf. Die hier vorgeschlagenen Scannervorrichtungen sind in besonderer Weise geeignet, den Energiestrahl innerhalb des Arbeitsbereichs zwischen einer Mehrzahl an Bestrahlungspositionen zu verlagern. The scanner device preferably has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head or processing head that can be displaced relative to the work area. The scanner devices proposed here are particularly suitable for displacing the energy beam within the working area between a plurality of irradiation positions.
Unter einem relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf wird hier insbesondere ein integriertes Bauteil der Fertigungsvorrichtung verstanden, welches mindestens einen Strahlungsauslass für mindestens einen Energiestrahl aufweist, wobei das integrierte Bauteil, das heißt der Arbeitskopf, als Ganzes entlang zumindest einer Verlagerungsrichtung, vorzugsweise entlang zweier senkrecht aufeinander stehenden Verlagerungsrichtungen, relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbar ist. Ein solcher Arbeitskopf kann insbesondere in Portalbauweise ausgebildet sein oder von einem Roboter geführt werden. Insbesondere kann der Arbeitskopf als Roboterhand eines Roboters ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Strahlerzeugungsvorrichtung als Laser ausgebildet. Der Energiestrahl wird somit vorteilhaft als intensiver Strahl kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt. Bestrahlung bedeutet insoweit bevorzugt Belichtung. A working head or processing head that can be displaced relative to the working area is understood here in particular to mean an integrated component of the manufacturing device, which has at least one radiation outlet for at least one energy beam, the integrated component, that is to say the working head, as a whole along at least one direction of displacement, preferably along two perpendicular to one another displacement directions, can be moved relative to the work area. Such a working head can in particular be designed in a portal design or be guided by a robot. In particular, the working head can be designed as a robot hand of a robot. The beam generating device is preferably designed as a laser. The energy beam is thus advantageously generated as an intensive beam of coherent electromagnetic radiation, in particular coherent light. In this respect, irradiation preferably means exposure.
Die Fertigungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintern. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungsvorrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen. Diese Ausgestaltungen der Fertigungsvorrichtung haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. The manufacturing device is preferably set up for selective laser sintering. Alternatively or additionally, the manufacturing device is set up for selective laser melting. These configurations of the manufacturing device have proven to be particularly advantageous.
Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden. A metallic or ceramic powder in particular can preferably be used as the powder material.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fertigungsvorrichtung eine Steuervorrichtung aufweist, wobei die Steuervorrichtung mit der Strahlführungsvorrichtung wirkverbunden und eingerichtet, um einen Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung auszuwählen und/oder einzustellen. Insbesondere ist die Steuervorrichtung mit zumindest einem schaltbaren Strahlumlenkelement, insbesondere mit dem ersten Strahlumlenkelement und gegebenenfalls mit mindestens einem schaltbaren zweiten, dritten und/oder vierten Strahlumlenkelement, wirkverbunden und eingerichtet, um das jeweilige Strahlumlenkelement in seine verschiedenen Funktionsstellungen zu schalten. According to a further development of the invention, it is provided that the manufacturing device has a control device, the control device being operatively connected to the beam guidance device and set up to select and/or set a functional state of the beam guidance device. In particular, the control device is operatively connected to at least one switchable beam deflection element, in particular to the first beam deflection element and optionally with at least one switchable second, third and/or fourth beam deflection element, and is set up to switch the respective beam deflection element into its different functional positions.
Insbesondere ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um den Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung umzuschalten. Insbesondere ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um die Funktionsstellung von mindestens einem schaltbaren Strahlumlenkelement umzuschalten. In particular, the control device is set up to switch the functional state of the beam guidance device. In particular, the control device is set up to switch the functional position of at least one switchable beam deflection element.
Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung eine RTC5- oder RTC6- Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung. The control device is preferably selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board. In a preferred embodiment, the control device is an RTC5 or RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the embodiment currently available on the date determining the seniority of the present property right.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Strahlführungsvorrichtung in einem ersten Funktionszustand; Figur 2 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Strahlführungsvorrichtung in einem zweiten Funktionzustand; Figure 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a manufacturing device with a first exemplary embodiment of a beam guidance device in a first functional state; Figure 2 shows a schematic representation of the first exemplary embodiment of the beam guidance device in a second functional state;
Figur 3a, b je eine schematische Darstellung zweier Ausgestaltungen eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Strahlführungsvorrichtung; 3a, b each show a schematic representation of two embodiments of a second exemplary embodiment of a manufacturing device with a second exemplary embodiment of a beam guiding device;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Strahlführungsvorrichtung, und Figure 4 shows a schematic representation of a third exemplary embodiment of a manufacturing device with a third exemplary embodiment of a beam guidance device, and
Figur 5 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung mit einem vierten Ausführungsbeispiel einer Strahlführungsvorrichtung. Figure 5 shows a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of a manufacturing device with a fourth exemplary embodiment of a beam guidance device.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung 1 zum additiven Fertigen von Bauteilen 3 aus einem Pulvermaterial mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Strahlführungsvorrichtung 13 zur Führung eines Energiestrahls 7, insbesondere eines Laserstrahls, entlang eines Strahlpfads 19, wobei die Strahlführungsvorrichtung 13 in einem ersten Funktionszustand dargestellt ist. Fig. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a manufacturing device 1 for the additive manufacturing of components 3 from a powder material with a first exemplary embodiment of a beam guiding device 13 for guiding an energy beam 7, in particular a laser beam, along a beam path 19, the beam guiding device 13 being in one first functional state is shown.
Die Fertigungsvorrichtung 1 weist eine Strahlerzeugungsvorrichtung 5, insbesondere einen Laser, auf, die eingerichtet ist zum Erzeugen des Energiestrahls 7. Außerdem weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine Scannervorrichtung 9 auf, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich 11 lokal selektiv mit dem Energiestrahl 7 zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls 7 ein Bauteil 3 aus dem in dem Arbeitsbereich 11 angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist weiterhin die Strahlführungsvorrichtung 13 auf, wobei die Strahlführungsvorrichtung 13 derart relativ zu der Strahl erzeugungsvorrichtung 5 angeordnet ist, dass der von der Strahlerzeugungsvorrichtung 5 erzeugte Energiestrahl 7 im Betrieb der Fertigungsvorrichtung 1 von der Strahl erzeugungsvorrichtung 5 zu einer Umlenkposition 15 der Strahlführungsvorrichtung 13 propagiert. Dabei ist die Strahlführungsvorrichtung 13 derart relativ zu der Scannervorrichtung 9 angeordnet, dass die Ziel- Strahlachse A mit einer Eintritts-Strahlachse E der Scannervorrichtung 9 zusammenfällt. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist außerdem eine Steuervorrichtung 17 auf, die mit der Strahlführungsvorrichtung 13 wirkverbunden und eingerichtet, um einen Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung 13 auszuwählen und/oder einzustellen, insbesondere umzuschalten. The manufacturing device 1 has a beam generating device 5, in particular a laser, which is set up to generate the energy beam 7. In addition, the manufacturing device 1 has a scanner device 9, which is set up to locally selectively irradiate a work area 11 with the energy beam 7, in order to produce a component 3 from the powder material arranged in the work area 11 using the energy beam 7. The manufacturing device 1 further has the beam guiding device 13, the beam guiding device 13 being arranged relative to the beam generating device 5 in such a way that the energy beam 7 generated by the beam generating device 5 during operation of the manufacturing device 1 from the beam generating device 5 to a deflection position 15 of the beam guiding device 13 propagated. The beam guidance device 13 is arranged relative to the scanner device 9 in such a way that the target beam axis A coincides with an entry beam axis E of the scanner device 9. The manufacturing device 1 also has a control device 17, which is operatively connected to the beam guidance device 13 and is set up to select and/or set, in particular to switch, a functional state of the beam guidance device 13.
Die Strahlführungsvorrichtung 13 weist mindestens ein erstes Strahlumlenkelement 21 auf, das zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung geschaltet werden kann. Das erste Strahlumlenkelement 21 ist in Figur 1 in seiner ersten Funktionsstellung dargestellt und in dem Strahlpfad 19 an der Umlenkposition 15 angeordnet. In der ersten Funktionsstellung ist es eingerichtet, um den Energiestrahl 7 - insbesondere von dem Strahlpfad 19 weg - auf die Ziel-Strahlachse A und damit auf die Eintritts-Strahlachse E der Scannervorrichtung 9 umzulenken. The beam guidance device 13 has at least one first beam deflection element 21, which can be switched between a first functional position and a second functional position. The first beam deflection element 21 is shown in its first functional position in FIG. 1 and is arranged in the beam path 19 at the deflection position 15. In the first functional position, it is set up to deflect the energy beam 7 - in particular away from the beam path 19 - onto the target beam axis A and thus onto the entry beam axis E of the scanner device 9.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Strahlführungsvorrichtung 13 in einem zweiten Funktionsumfang. Fig. 2 shows a schematic representation of the first exemplary embodiment of the beam guidance device 13 in a second functional scope.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numbers in all figures, so that reference is made to the previous description.
In Figur 2 ist das erste Strahlumlenkelement 21 in seiner zweiten Funktionsstellung dargestellt, in der es eingerichtet ist, um den Energiestrahl 7 weiter entlang des Strahlpfads 19 propagieren zu lassen. Die Strahlführungsvorrichtung 13 weist eine Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente 23 auf, die in zumindest einem Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung 13 in dem Strahlpfad 19 angeordnet und eingerichtet sind, um den in der zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements 21 von der Umlenkposition 15 kommenden Energiestrahl 7 entlang des Strahlpfads 19 - insbesondere entlang eines ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 - zurück zu der Umlenkposition 15 und auf die Ziel-Strahlachse A und damit zugleich auf die Eintritts-Strahlachse E der Scannervorrichtung 9 zu führen. In Figure 2, the first beam deflection element 21 is shown in its second functional position, in which it is set up to allow the energy beam 7 to propagate further along the beam path 19. The beam guidance device 13 has a plurality of second beam deflection elements 23, which are arranged in at least one functional state of the beam guidance device 13 in the beam path 19 and are set up to direct the energy beam 7 coming from the deflection position 15 along the beam path 19 in the second functional position of the first beam deflection element 21. in particular along a first beam path section 19.1 - back to the deflection position 15 and to the target beam axis A and thus at the same time to the entry beam axis E of the scanner device 9.
Unabhängig von der Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements 21 wird somit der Energiestrahl 7 vorteilhaft präzise auf dieselbe Eintritts-Strahlachse E der Scannervorrichtung 9 geführt. Regardless of the functional position of the first beam deflection element 21, the energy beam 7 is advantageously guided precisely onto the same entrance beam axis E of the scanner device 9.
Es ist möglich, dass das erste Strahlumlenkelement 21 in der zweiten Funktionsstellung außerhalb des Strahlpfads 19 angeordnet ist. Alternativ ist das erste Strahlumlenkelement 21 eingerichtet, um den Energiestrahl 7 zumindest teilweise zu transmittieren. Vorzugsweise ist entlang des Strahlpfads 19 mindestens ein erstes Strahlmodifikationselement 25, insbesondere ein Strahlformungselement, angeordnet. It is possible for the first beam deflection element 21 to be arranged outside the beam path 19 in the second functional position. Alternatively, the first beam deflection element 21 is set up to at least partially transmit the energy beam 7. Preferably, at least one first beam modification element 25, in particular a beam shaping element, is arranged along the beam path 19.
Fig. 3a zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Fertigungsvorrichtung 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der Strahlführungsvorrichtung 13. 3a shows a schematic representation of a first embodiment of a second embodiment of the manufacturing device 1 with a second embodiment of the beam guidance device 13.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann mindestens ein zweites Strahlumlenkelement 23 der Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente 23 zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung geschaltet werden, wobei das mindestens eine zweite Strahlumlenkelement 23 in der ersten Funktionsstellung eingerichtet ist, um den Energiestrahl 7 entlang eines ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 des Strahlpfads 19 zu führen, und wobei das mindestens eine zweite Strahlumlenkelement 23 in der zweiten Funktionsstellung so eingerichtet ist, dass der Energiestrahl 7 entlang eines zweiten Strahlpfadabschnitts 19.2 propagieren kann. In the second exemplary embodiment, at least one second beam deflection element 23 of the plurality of second beam deflection elements 23 can be switched between a first functional position and a second functional position, wherein the at least one second beam deflection element 23 is set up in the first functional position to direct the energy beam 7 along a first beam path section 19.1 of the Beam path 19 to guide, and wherein the at least one second beam deflection element 23 is set up in the second functional position so that the energy beam 7 can propagate along a second beam path section 19.2.
Insbesondere sind entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts 19.2 weitere zweite Strahlumlenkelemente 23 angeordnet, um den Energiestrahl 7 entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts 19.2 zu führen. Diese Ausgestaltung kann kaskadiert werden, was insbesondere durch Punkte am oberen Rand von Figur 3 dargestellt ist, die eine entsprechende Fortsetzung des skizzierten Aufbaus mit weiteren schaltbaren zweiten Strahlumlenkelementen 23 andeuten. In particular, further second beam deflection elements 23 are arranged along the second beam path section 19.2 in order to guide the energy beam 7 along the second beam path section 19.2. This configuration can be cascaded, which is shown in particular by points at the upper edge of FIG. 3, which indicate a corresponding continuation of the outlined structure with further switchable second beam deflection elements 23.
Insbesondere sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel immer zwei zweite Strahlumlenkelemente 23 - eines am Beginn und eines am Ende des jeweiligen Strahlpfadabschnitts 19.1, 19.2 - gemeinsam zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung schaltbar, um zwischen den verschiedenen Strahlpfadabschnitten 19.1, 19.2 auszuwählen. In particular, in the exemplary embodiment shown here, two second beam deflection elements 23 - one at the beginning and one at the end of the respective beam path section 19.1, 19.2 - can always be switched together between a first functional position and a second functional position in order to select between the different beam path sections 19.1, 19.2.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Strahlführungsvorrichtung 13 derart eingerichtet, dass der Energiestrahl 7 in der zweiten Funktionsstellung der zweiten Strahlumlenkelemente 23 unter Umgehung des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts 19.2 propagieren kann. Dabei ist vorzugsweise das mindestens eine erste Strahlmodifikationselement 25 in dem ersten Strahlpfadabschnitt 19.1 angeordnet, wobei in dem zweiten Strahlpfadabschnitt 19.2 mindestens ein zweites Strahlmodifikationselement 27 angeordnet ist. Somit kann bei dieser Ausführungsform vorteilhaft zwischen dem ersten Strahlmodifikationselement 25 und dem zweiten Strahlmodifikationselement 27 umgeschaltet werden. Es wird somit eine exklusive oder- Verknüpfung zwischen dem ersten Strahlmodifikationselement 25 und dem zweiten Strahlmodifikationselement 27 verwirklicht. In the exemplary embodiment shown here, the beam guidance device 13 is set up in such a way that the energy beam 7 can propagate along the second beam path section 19.2 in the second functional position of the second beam deflection elements 23, bypassing the first beam path section 19.1. The at least one first beam modification element 25 is preferably arranged in the first beam path section 19.1, with at least one second beam modification element 27 being arranged in the second beam path section 19.2. In this embodiment, it is therefore advantageous to choose between the first Beam modification element 25 and the second beam modification element 27 can be switched. An exclusive OR link is thus realized between the first beam modification element 25 and the second beam modification element 27.
Fig. 3b zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels der Fertigungsvorrichtung 1 mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der Strahlführungsvorrichtung 13. 3b shows a schematic representation of a second embodiment of the second exemplary embodiment of the manufacturing device 1 with the second exemplary embodiment of the beam guiding device 13.
Bei dieser zweiten Ausgestaltung ist zusätzlich mindestens ein drittes Strahlumlenkelement 29 vorgesehen, das zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung geschaltet werden kann, wobei das mindestens eine dritte Strahlumlenkelement 29 eingerichtet ist, um den Energiestrahl 7 in seiner ersten Funktionsstellung unter Umgehung eines dritten Strahlpfadabschnitts 19.3 entlang des Strahlpfads 19 propagieren zu lassen, und in seiner zweiten Funktionsstellung - insbesondere unter Umgehung des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 und/oder des zweiten Strahlpfadabschnitts 19.2 - entlang des dritten Strahlpfadabschnitts 19.3 zu führen. Vorzugsweise ist in dem dritten Strahlpfadabschnitt 19.3 mindestens ein drittes Strahlmodifikationselement 31 angeordnet. In this second embodiment, at least one third beam deflection element 29 is additionally provided, which can be switched between a first functional position and a second functional position, the at least one third beam deflection element 29 being set up to direct the energy beam 7 in its first functional position, bypassing a third beam path section 19.3 to propagate along the beam path 19, and in its second functional position - in particular bypassing the first beam path section 19.1 and / or the second beam path section 19.2 - to guide it along the third beam path section 19.3. At least one third beam modification element 31 is preferably arranged in the third beam path section 19.3.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3a, b kann somit ausgewählt werden, ob der Energiestrahl 7 mit dem ersten Strahlmodifikationselement 25, oder mit dem zweiten Strahlmodifikationselement 27, oder - zusätzlich gemäß der zweiten Ausgestaltung - mit dem dritten Strahlmodifikationselement 31 zusammenwirkt. Es wird also insbesondere eine exklusive oder- Verknüpfung zwischen den Strahlmodifikationselementen 25, 27, 31 verwirklicht. In the second exemplary embodiment according to Figures 3a, b, it can thus be selected whether the energy beam 7 interacts with the first beam modification element 25, or with the second beam modification element 27, or - additionally according to the second embodiment - with the third beam modification element 31. In particular, an exclusive or-link between the beam modification elements 25, 27, 31 is realized.
Unabhängig von dem konkreten Ausführungsbeispiel oder der konkreten Ausgestaltung der Strahlführungsvorrichtung 13 ist vorzugsweise mindestens ein Strahlpfadabschnitt 19.1, 19.2, 19.3 des Strahlpfads 19 als Frei strahl strecke oder als Faserabschnitt ausgebildet. Eine Kombination aus mindestens einer Frei strahl strecke und mindestens einem Faserabschnitt ist möglich, es ist aber auch möglich, dass alle Strahlpfadabschnitte 19.1, 19.2, 19.3 gleichermaßen entweder als Frei strahl strecken oder als Faserabschnitte ausgebildet sind. Alternativ oder zusätzlich ist mindestens eines der Strahlumlenkelemente 21, 23, 29 der Strahlführungsvorrichtung 13 als Spiegel, insbesondere als schwenkbarer oder drehbarer Spiegel, ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt mindestens eines der Strahlmodifikationselemente 25, 27, 31 der Strahlführungsvorrichtung 13 eingerichtet, um einen Strahl durchmesser, eine Intensitätsverteilung, eine Polarisation und/oder eine zeitliche Modulation des Energiestrahls 7 zu beeinflussen. Regardless of the specific exemplary embodiment or the specific design of the beam guidance device 13, at least one beam path section 19.1, 19.2, 19.3 of the beam path 19 is preferably designed as a free beam path or as a fiber section. A combination of at least one free beam section and at least one fiber section is possible, but it is also possible for all beam path sections 19.1, 19.2, 19.3 to be designed either as free beam sections or as fiber sections. Alternatively or additionally, at least one of the beam deflection elements 21, 23, 29 of the beam guiding device 13 is designed as a mirror, in particular as a pivotable or rotatable mirror. Alternatively or additionally, at least one of the beam modification elements 25, 27, 31 of the beam guidance device 13 is preferably set up to have a beam diameter Intensity distribution, polarization and / or a temporal modulation of the energy beam 7 to influence.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Fertigungsvorrichtung 1 mit einem dritten Ausführungsbeispiel der Strahlführungsvorrichtung 13. 4 shows a schematic representation of a third exemplary embodiment of the manufacturing device 1 with a third exemplary embodiment of the beam guiding device 13.
Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel ist die Strahlführungsvorrichtung 13 derart eingerichtet, dass der Energiestrahl 7 in der zweiten Funktionsstellung des gestrichelt dargestellten schaltbaren zweiten Strahlumlenkelements 23 entlang des zweiten Strahlpfadabschnitts 19.2 und zusätzlich entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 propagieren kann. Vorzugsweise sind dabei in dem ersten Strahlpfadabschnitt 19.1 das erste Strahlmodifikationselement 25 und in dem zweiten Strahlpfadabschnitt 19.2 das zweite Strahlmodifikationselement 27 angeordnet. Somit kann durch Ansteuerung des ersten Strahlumlenkelements 21 und des schaltbaren zweiten Strahlumlenkelements 23 ausgewählt werden, ob der Energiestrahl 7 mit keinem der Strahlmodifikationselement 25, 27, oder nur mit dem ersten Strahlmodifikationselement 25, oder sowohl mit dem ersten Strahlmodifikationselement 25 als auch mit dem zweiten Strahlmodifikationselement 27 zusammenwirkt. Es wird also eine und- Verknüpfung zwischen den beiden Strahlmodifikationselementen 25, 27 verwirklicht. In this third exemplary embodiment, the beam guiding device 13 is set up in such a way that the energy beam 7 can propagate along the second beam path section 19.2 and additionally along the first beam path section 19.1 in the second functional position of the switchable second beam deflection element 23 shown in dashed lines. Preferably, the first beam modification element 25 is arranged in the first beam path section 19.1 and the second beam modification element 27 is arranged in the second beam path section 19.2. Thus, by controlling the first beam deflection element 21 and the switchable second beam deflection element 23, it can be selected whether the energy beam 7 is irradiated with none of the beam modification elements 25, 27, or only with the first beam modification element 25, or with both the first beam modification element 25 and the second beam modification element 27 interacts. An AND connection is therefore realized between the two beam modification elements 25, 27.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Fertigungsvorrichtung 1 mit einem vierten Ausführungsbeispiel der Strahlführungsvorrichtung 13. 5 shows a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of the manufacturing device 1 with a fourth exemplary embodiment of the beam guiding device 13.
Bei dem vierten Ausgangsbeispiel weist die Strahlführungsvorrichtung 13 das erste Strahlumlenkelement 21 als ein erstes erstes Strahl umlenkel em ent 21.1 und außerdem mindestens ein viertes Strahlumlenkelement 33 auf. Das vierte Strahlumlenkelement 33 ist eingerichtet, um zumindest in einer ersten Funktionsstellung den von der Umlenkposition 15 als einer ersten Umlenkposition 15.1 her kommenden Energiestrahl 7 auf die Ziel-Strahlachse A umzulenken, wenn das erste erste Strahlumlenkelement 21.1 in seiner ersten Funktionsstellung ist. Mindestens ein viertes Strahlumlenkelement 33 des mindestens einen vierten Strahlumlenkelements 33 ist schaltbar und als ein zweites erstes Strahlumlenkelement 21.2 ausgebildet sowie derart eingerichtet, dass der Energiestrahl 7 in einer zweiten Funktionsstellung des zweiten ersten Strahlumlenkelements 21.2 entlang eines vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 propagieren kann. Insbesondere ist das zweite erste Strahlumlenkelement 21.2 an einer zweiten Umlenkposition 15.2 angeordnet, und der Energiestrahl 7 wird in der zweiten Funktionsstellung des zweiten ersten Strahlumlenkelements 21.2 - insbesondere ringförmig - zu der zweiten Umlenkposition 15.2 zurückgeführt, insbesondere wiederum durch eine Mehrzahl entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 angeordneter zweiter Strahlumlenkelemente 23. In the fourth initial example, the beam guiding device 13 has the first beam deflecting element 21 as a first beam deflecting element 21.1 and also at least a fourth beam deflecting element 33. The fourth beam deflection element 33 is set up to deflect the energy beam 7 coming from the deflection position 15 as a first deflection position 15.1 onto the target beam axis A, at least in a first functional position, when the first first beam deflection element 21.1 is in its first functional position. At least a fourth beam deflection element 33 of the at least one fourth beam deflection element 33 is switchable and designed as a second first beam deflection element 21.2 and set up in such a way that the energy beam 7 can propagate along a fourth beam path section 19.4 in a second functional position of the second first beam deflection element 21.2. In particular, the second first beam deflection element 21.2 is arranged at a second deflection position 15.2, and the energy beam 7 is in the second functional position of the second first beam deflection element 21.2 - in particular annularly - to the second deflection position 15.2 returned, in particular again by a plurality of second beam deflection elements 23 arranged along the fourth beam path section 19.4.
Insbesondere weist die Strahlführungsvorrichtung 13 auch die Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente 23 auf, die angeordnet und eingerichtet sind, um den Energiestrahl 7 in der zweiten Funktionsstellung des ersten ersten Strahlumlenkelements 21.2 entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 zu führen. In particular, the beam guiding device 13 also has the plurality of second beam deflection elements 23, which are arranged and set up to guide the energy beam 7 along the first beam path section 19.1 in the second functional position of the first beam deflection element 21.2.
Insbesondere ist die Strahlführungsvorrichtung 13 derart eingerichtet, dass der Energiestrahl 7 dann, wenn das erste erste Strahlumlenkelement 21.1 und das zweite erste Strahlumlenkelement 21.2 jeweils in ihrer ersten Funktionsstellung sind, zu der Ziel-Strahlachse A umgelenkt wird, wobei er weder entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 noch entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 propagiert. Sind das erste erste Strahlumlenkelement 21.1 in seiner zweiten Funktionsstellung und zugleich das zweite erste Strahlumlenkelement 21.2 in seiner ersten Funktionsstellung, propagiert der Energiestrahl 7 entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1, wobei er anschließend durch das zweite erste Strahlumlenkelement 21.2 zu der Ziel-Strahlachse A umgelenkt wird, ohne entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 zu propagieren. Sind das erste erste Strahlumlenkelement 21.1 in seiner ersten Funktionsstellung und zugleich das zweite erste Strahlumlenkelement 21.2 in seiner zweiten Funktionsstellung, propagiert der Energiestrahl 7 entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4, ohne entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 zu propagieren. Sind sowohl das erste erste Strahlumlenkelement 21.1 als auch das zweite erste Strahlumlenkelement 21.2 jeweils in ihrer zweiten Funktionsstellung, propagiert der Energiestrahl 7 sowohl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 als auch entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4. Somit kann vorteilhaft bei dem vierten Ausführungsbeispiel durch Ansteuerung des ersten ersten Strahlumlenkelements 21.1 und des zweiten ersten Strahlumlenkelements 21.2 ausgewählt werden, ob der Energiestrahl 7 unter Umgehung sowohl des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 als auch des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 auf die Ziel- Strahlachse A gelenkt wird, oder ob der Energiestrahl 7 nur entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 oder nur entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 propagiert, oder ob der Energiestrahl 7 sowohl entlang des ersten Strahlpfadabschnitts 19.1 als auch entlang des vierten Strahlpfadabschnitts 19.4 propagiert. Somit wird eine und/ oder- Verknüpfung zwischen dem ersten Strahlpfadabschnitt 19.1 und dem vierten Strahlpfadabschnitt 19.4 verwirklicht. In particular, the beam guidance device 13 is set up in such a way that the energy beam 7 is deflected to the target beam axis A when the first first beam deflection element 21.1 and the second first beam deflection element 21.2 are each in their first functional position, whereby it is neither along the first beam path section 19.1 still propagated along the fourth beam path section 19.4. If the first first beam deflection element 21.1 is in its second functional position and at the same time the second first beam deflection element 21.2 is in its first functional position, the energy beam 7 propagates along the first beam path section 19.1, whereby it is then deflected by the second first beam deflection element 21.2 to the target beam axis A, without propagating along the fourth beam path section 19.4. If the first first beam deflection element 21.1 is in its first functional position and at the same time the second first beam deflection element 21.2 is in its second functional position, the energy beam 7 propagates along the fourth beam path section 19.4 without propagating along the first beam path section 19.1. If both the first first beam deflection element 21.1 and the second first beam deflection element 21.2 are each in their second functional position, the energy beam 7 propagates both along the first beam path section 19.1 and along the fourth beam path section 19.4. Thus, in the fourth exemplary embodiment, it can advantageously be selected by controlling the first first beam deflection element 21.1 and the second first beam deflection element 21.2 whether the energy beam 7 is directed to the target beam axis A bypassing both the first beam path section 19.1 and the fourth beam path section 19.4, or whether the energy beam 7 propagates only along the first beam path section 19.1 or only along the fourth beam path section 19.4, or whether the energy beam 7 propagates both along the first beam path section 19.1 and along the fourth beam path section 19.4. An and/or link is thus realized between the first beam path section 19.1 and the fourth beam path section 19.4.
In dem ersten Strahlpfadabschnitt 19.1 ist bevorzugt das erste Strahlmodifikationselement 25 angeordnet, und in dem vierten Strahlpfadabschnitt 19.4 ist ein viertes Strahlmodifikationselement 35 angeordnet. Auf diese Weise kann beliebig zwischen dem ersten Strahlmodifikationselement 25 und dem vierten Strahlmodifikationselement 35 ausgewählt oder auch eine Kombination der Strahlmodifikationselemente 25, 35, insbesondere also eine und/oder- Verknüpfung zwischen den Strahlmodifikationselementen 25, 35 verwirklicht werden. Die hier dargestellten, verschiedenen Ausführungsbeispiele können in verschiedener Weise miteinander kombiniert und/oder kaskadiert werden, um verschiedene Funktionalitäten oder Verknüpfungen von Strahlmodifikationselementen 25, 27, 31, 35 und damit Modifikationen des Energiestrahls 7 zu erhalten. The first beam modification element 25 is preferably arranged in the first beam path section 19.1, and a fourth beam modification element is in the fourth beam path section 19.4 35 arranged. In this way, any selection can be made between the first beam modification element 25 and the fourth beam modification element 35, or a combination of the beam modification elements 25, 35, in particular a combination and/or combination between the beam modification elements 25, 35, can be implemented. The different exemplary embodiments shown here can be combined and/or cascaded with one another in various ways in order to obtain different functionalities or combinations of beam modification elements 25, 27, 31, 35 and thus modifications of the energy beam 7.

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Strahlführungsvorrichtung (13) zur Führung eines Energiestrahls (7) entlang eines Strahlpfads (19), mit mindestens einem ersten Strahlumlenkelement (21), das zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung verlagerbar ist, wobei das erste Strahlumlenkelement (21) in der ersten Funktionsstellung in dem Strahlpfad (19) an einer Umlenkposition (15) angeordnet und eingerichtet ist, um den Energiestrahl (7) auf eine Ziel- Strahlachse (A) umzulenken, und um den Energiestrahl (7) in der zweiten Funktionsstellung weiter entlang des Strahlpfads (19) propagieren zu lassen, und mit einer Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente (23), die in zumindest einem Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung (13) in dem Strahlpfad (19) angeordnet und eingerichtet sind, um den in der zweiten Funktionsstellung des ersten Strahlumlenkelements (21) von der Umlenkposition (15) kommenden Energiestrahl (7) entlang des Strahlpfads (19) zurück zu der Umlenkposition (15) und auf die Ziel-Strahlachse (A) zu führen. 1. Beam guiding device (13) for guiding an energy beam (7) along a beam path (19), with at least one first beam deflection element (21) which can be moved between a first functional position and a second functional position, the first beam deflection element (21) being in the The first functional position in the beam path (19) is arranged at a deflection position (15) and is set up to deflect the energy beam (7) onto a target beam axis (A), and to further direct the energy beam (7) along the beam path in the second functional position (19) to propagate, and with a plurality of second beam deflection elements (23), which are arranged in at least one functional state of the beam guiding device (13) in the beam path (19) and are set up to be in the second functional position of the first beam deflection element (21) Energy beam (7) coming from the deflection position (15) along the beam path (19) back to the deflection position (15) and onto the target beam axis (A).
2. Strahlführungsvorrichtung (13) nach Anspruch 1, wobei das erste Strahlumlenkelement (21) in der zweiten Funktionsstellung außerhalb des Strahlpfads (19) angeordnet ist, oder eingerichtet ist, um den Energiestrahl (7) zumindest teilweise zu transmittieren. 2. Beam guidance device (13) according to claim 1, wherein the first beam deflection element (21) is arranged in the second functional position outside the beam path (19), or is set up to at least partially transmit the energy beam (7).
3. Strahlführungsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei entlang des Strahlpfads (19) mindestens ein erstes Strahlmodifikationselement (25), insbesondere Strahlformungselement, angeordnet ist. 3. Beam guidance device (13) according to one of the preceding claims, wherein at least one first beam modification element (25), in particular beam shaping element, is arranged along the beam path (19).
4. Strahlführungsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein zweites Strahlumlenkelement (23) der Mehrzahl zweiter Strahlumlenkelemente (23) zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung verlagerbar ist, wobei das mindestens eine zweite Strahlumlenkelement (23) in der ersten Funktionsstellung eingerichtet ist, um den Energiestrahl (7) entlang eines ersten Strahlpfadabschnitts (19.1) des Strahlpfads (19) zu führen, und wobei das mindestens eine zweite Strahlumlenkelement (23) in der zweiten Funktionsstellung so eingerichtet ist, dass der Energiestrahl (7) - insbesondere unter Umgehung des ersten Strahlpfadabschnitts (19.1) oder zusätzlich entlang des ersten Strahlpfadabschnitts (19.1) - entlang eines zweiten Strahlpfadabschnitts (19.2) propagieren kann. 4. Beam guidance device (13) according to one of the preceding claims, wherein at least a second beam deflection element (23) of the plurality of second beam deflection elements (23) can be displaced between a first functional position and a second functional position, the at least one second beam deflection element (23) being in the first Functional position is set up to guide the energy beam (7) along a first beam path section (19.1) of the beam path (19), and wherein the at least one second beam deflection element (23) is set up in the second functional position so that the energy beam (7) - in particular bypassing the first beam path section (19.1) or additionally along the first beam path section (19.1) - can propagate along a second beam path section (19.2).
5. Strahlführungsvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei das mindestens eine erste Strahlmodifikationselement (25) in dem ersten Strahlpfadabschnitt (19.1) angeordnet ist, wobei in dem zweiten Strahlpfadabschnitt (19.2) mindestens ein zweites Strahlmodifikationselement (27) angeordnet ist. 5. Beam guidance device according to claims 3 and 4, wherein the at least one first beam modification element (25) is arranged in the first beam path section (19.1), at least one second beam modification element (27) being arranged in the second beam path section (19.2).
6. Strahlführungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem dritten Strahlumlenkelement (29), das zwischen einer ersten Funktionsstellung und einer zweiten Funktionsstellung verlagerbar ist, wobei das mindestens eine dritte Strahlumlenkelement (29) eingerichtet ist, um den Energiestrahl (7) in der ersten Funktionsstellung unter Umgehung eines dritten Strahlpfadabschnitts (19.3) entlang des Strahlpfads (19) propagieren zu lassen, und den Energiestrahl (7) in der zweiten Funktionsstellung - insbesondere unter Umgehung des ersten Strahlpfadabschnitts (19.1) und/oder des zweiten Strahlpfadabschnitts (19.2) - entlang des dritten Strahlpfadabschnitts (19.3) zu führen, wobei vorzugsweise in dem dritten Strahlpfadabschnitt (19.3) mindestens ein drittes Strahlmodifikationselement (31) angeordnet ist. 6. Beam guidance device according to one of the preceding claims, with at least one third beam deflection element (29) which can be moved between a first functional position and a second functional position, the at least one third beam deflection element (29) being set up to direct the energy beam (7) in the first functional position, bypassing a third beam path section (19.3) along the beam path (19), and the energy beam (7) in the second functional position - in particular bypassing the first beam path section (19.1) and / or the second beam path section (19.2) - along the third beam path section (19.3), preferably at least one third beam modification element (31) being arranged in the third beam path section (19.3).
7. Strahlführungsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Strahlpfadabschnitt (19.1, 19.2, 19.3) des Strahlpfads (19) als Frei strahl strecke, oder als Faserabschnitt ausgebildet ist. 7. Beam guidance device (13) according to one of the preceding claims, wherein at least one beam path section (19.1, 19.2, 19.3) of the beam path (19) is designed as a free beam path or as a fiber section.
8. Strahlführungsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der Strahlumlenkelemente (21, 23, 29, 33) der Strahlführungsvorrichtung (13) als Spiegel, insbesondere als schwenkbarer oder drehbarer Spiegel, ausgebildet ist. 8. Beam guidance device (13) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the beam deflection elements (21, 23, 29, 33) of the beam guidance device (13) is designed as a mirror, in particular as a pivotable or rotatable mirror.
9. Strahlführungsvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei mindestens eines der Strahlmodifikationselemente (25, 27, 31, 35) der Strahlführungsvorrichtung (13) eingerichtet ist, um einen Strahldurchmesser, eine Intensitätsverteilung, eine Polarisation und/oder eine zeitliche Modulation des Energiestrahls (7) zu beeinflussen. 9. Beam guidance device (13) according to one of claims 3 to 8, wherein at least one of the beam modification elements (25, 27, 31, 35) of the beam guidance device (13) is set up to have a beam diameter, an intensity distribution, a polarization and / or a temporal To influence modulation of the energy beam (7).
10. Strahlführungsvorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlführungsvorrichtung (13) das erste Strahlumlenkelement (21) als ein erstes erstes Strahlumlenkelement (21.1) und außerdem mindestens ein viertes Strahlumlenkelement (33) aufweist, das eingerichtet ist, um zumindest in einer ersten Funktionsstellung den Energiestrahl (7) von der Umlenkposition (15) als einer ersten Umlenkposition (15.1) auf die Ziel-Strahlachse (A) umzulenken, wenn das erste erste Strahlumlenkelement (21.1) in seiner ersten Funktionsstellung ist, wobei vorzugsweise mindestens ein viertes Strahlumlenkelement (33) des mindestens einen vierten Strahlumlenkelements (33) als ein zweites erstes Strahlumlenkelement (21.2) ausgebildet und derart eingerichtet ist, dass der Energiestrahl (7) in einer zweiten Funktionsstellung des zweiten ersten Strahlumlenkelements (21.2) entlang eines vierten Strahlpfadabschnitts (19.4) propagieren kann. 10. Beam guidance device (13) according to one of the preceding claims, wherein the beam guidance device (13) has the first beam deflection element (21) as a first first beam deflection element (21.1) and also at least a fourth beam deflection element (33) which is set up to at least in a first functional position to deflect the energy beam (7) from the deflection position (15) as a first deflection position (15.1) to the target beam axis (A) when the first first beam deflection element (21.1) is in its first Functional position, wherein preferably at least a fourth beam deflection element (33) of the at least one fourth beam deflection element (33) is designed as a second first beam deflection element (21.2) and is set up such that the energy beam (7) is in a second functional position of the second first beam deflection element (21.2 ) can propagate along a fourth beam path section (19.4).
11. Fertigungsvorrichtung (1) zum additiven Fertigen von Bauteilen (3) aus einem Pulvermaterial, mit einer Strahlerzeugungsvorrichtung (5), die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls (7), einer Scannervorrichtung (9), die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich (11) lokal selektiv mit dem Energiestrahl (7) zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls (7) ein Bauteil (3) aus dem in dem Arbeitsbereich (11) angeordneten Pulvermaterial herzustellen, und mit einer Strahlführungsvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Strahlführungsvorrichtung (13) derart relativ zu der Strahlerzeugungsvorrichtung (5) angeordnet ist, dass der von der Strahlerzeugungsvorrichtung (5) erzeugte Energiestrahl (7) im Betrieb der Fertigungsvorrichtung (1) von der Strahlerzeugungsvorrichtung (5) zu der Umlenkposition (15) propagiert, und wobei die Strahlführungsvorrichtung (13) derart relativ zu der Scannervorrichtung (9) angeordnet ist, dass die Ziel-Strahlachse (A) mit einer Eintritts-Strahlachse (E) der Scannervorrichtung (9) zusammenfällt. 11. Manufacturing device (1) for the additive manufacturing of components (3) from a powder material, with a beam generating device (5) which is set up to generate an energy beam (7), a scanner device (9) which is set up to create a work area ( 11) locally selectively irradiate with the energy beam (7) in order to produce a component (3) from the powder material arranged in the work area (11) by means of the energy beam (7), and with a beam guidance device (13) according to one of claims 1 to 10, wherein the beam guiding device (13) is arranged relative to the beam generating device (5) in such a way that the energy beam (7) generated by the beam generating device (5) is moved from the beam generating device (5) to the deflection position (15) during operation of the manufacturing device (1). ) propagated, and wherein the beam guidance device (13) is arranged relative to the scanner device (9) in such a way that the target beam axis (A) coincides with an entry beam axis (E) of the scanner device (9).
12. Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 11, mit einer Steuervorrichtung (17), die mit der Strahlführungsvorrichtung (13) wirkverbunden und eingerichtet, um einen Funktionszustand der Strahlführungsvorrichtung (13) auszuwählen und/oder einzustellen, insbesondere umzuschalten. 12. Manufacturing device according to claim 11, with a control device (17), which is operatively connected to the beam guidance device (13) and set up to select and / or set, in particular to switch, a functional state of the beam guidance device (13).
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