WO2024078855A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung eines waermeeintrags in ein bauteil - Google Patents

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WO2024078855A1
WO2024078855A1 PCT/EP2023/076451 EP2023076451W WO2024078855A1 WO 2024078855 A1 WO2024078855 A1 WO 2024078855A1 EP 2023076451 W EP2023076451 W EP 2023076451W WO 2024078855 A1 WO2024078855 A1 WO 2024078855A1
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laser beam
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PCT/EP2023/076451
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Jan Pascal Bogner
Christoph Heinze
Jeroen Risse
Philipp Wagenblast
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Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a corresponding device for controlling heat input into a component, as well as an alternative method and a corresponding device for controlling heat input into a component.
  • TECHNICAL BACKGROUND In the additive manufacturing of components, an in-situ heat treatment can be carried out at regular intervals after melting and before or after solidification of the material to form an additive layer, or only after production. The same laser can be used, for example, to reduce residual stresses in the manufactured layers by means of targeted heat input. However, it is difficult to achieve a uniform temperature distribution in the layers, since irregularly applied material, different heat dissipation, etc. cause local temperature differences.
  • DE 112020 000895 T5 describes a method for measuring and controlling a temperature of a transfusion roller gap, in which the emitted amount of radiation from a radiant heat source is modified in accordance with radiation measured by a pyrometer.
  • this object is achieved by a method with the features of patent claim 1, by a method with the features of patent claim 5, by a device with the features of patent claim 9 and/or by a device with the features of patent claim 12. Accordingly, the following is provided: - A method for controlling heat input into an additively manufactured component by a laser beam, with the steps: Periodically scanning a surface of the component with the laser beam; Detecting, during the periodic scanning, photoemissions which are emitted by a predetermined partial area of the surface irradiated with the laser beam; Determining a periodic temperature profile of a surface temperature and an average surface temperature based on the detected photoemissions; Calculating a deviation of the average surface temperature from an upper limit of a predetermined target temperature range and a lower limit of the predetermined target temperature range, wherein the upper limit of the predetermined target temperature range is below the Melting temperature of a material used for the component; and adjusting an energy input into the component controlled by a laser control based on the calculated deviations.
  • a method for controlling a heat input into an additively manufactured component by a laser beam with the steps: scanning a surface of the component with the laser beam along a scanning path; detecting photo emissions emitted from the surface during scanning along the scanning path; determining a course of a surface temperature along the scanning path based on the detected photo emissions; calculating a deviation of the surface temperature from a predetermined target temperature along the scanning path, the target temperature being below the melting temperature of a material used for the component; and re-scanning the surface and simultaneously dynamically adjusting an energy input into the component controlled by a laser control along the scanning path based on the determined deviation of the surface temperature from the target temperature.
  • a device for controlling a heat input into an additively manufactured component by a laser beam with a laser which is designed to generate a heat input when irradiated with the laser beam emitted by the laser onto a surface of the component; with a beam control device which is designed to carry out a periodic scanning of the laser beam on the surface; with a sensor which is designed to detect photo emissions which occur during the scanning of to detect the photoemissions emitted from the surface irradiated with the laser beam; and with a control device which is connected to the laser and the sensor and is designed to: determine a periodic temperature profile of the surface temperature and an average surface temperature of the partial area based on the detected photoemissions of the partial area, calculate a deviation of the average surface temperature from an upper limit of the predetermined target temperature range and a lower limit of the predetermined target temperature range, and adapt an energy input into the component controlled by a laser control based on the determined deviation of the maximum and minimum from the upper limit and lower limit of the predetermined target temperature range, wherein the upper limit of
  • a device for controlling a heat input into an additively manufactured component by a laser beam with a laser which is designed to generate a heat input when irradiated with the laser beam emitted by the laser on a surface of the component; and with a beam control device which is designed to carry out a scanning of the laser beam on the surface; with a sensor which is carried along with the scanning and which is designed to detect photo emissions which are emitted by the surface irradiated with the laser beam; with a control device which is connected to the laser and the sensor and is designed to: determine a surface temperature based on the detected photo emissions, a deviation of the surface temperature from a predetermined target temperature, and to adjust an energy input into the component controlled by a laser control based on the calculated deviation of the surface temperature from the target temperature, wherein the target temperature is below the melting temperature of a material used for the component.
  • the finding underlying the present invention is that the melting of the material can be position-dependent, since the component additively manufactured here can have different heat dissipation capabilities depending on the position. This can be the case, for example, due to a different thickness or height below the irradiated surface.
  • the idea underlying the present invention is to measure the surface temperature of the irradiated surface of the component during scanning in order to obtain information about the current temperature in the component. Based on the information obtained in this way, a laser control can be adjusted, which controls all parameters that influence the energy input into the component for scanning with the laser beam. This can be achieved with two complementary and alternative methods and corresponding devices.
  • the first method provides for a stationary measurement of the surface temperature of the irradiated surface of the component during scanning.
  • This part of the stationary measurement can be selected anywhere on the surface, but is preferably a central area.
  • the temperature curve obtained from this is just as periodic as the scanning itself and should within a certain target temperature range that is advantageous for heat treatment of a material.
  • the second method provides for a sensor that is carried along, which determines the surface temperature via detected photoemissions at or at least near the point where the laser beam is currently operating. This results in a temperature curve that fluctuates around a target temperature with a suitable output power and other parameters such as beam diameter, etc.
  • the laser can be selected differently depending on the material. Lasers with emitted wavelengths from the UV range to the far infrared are possible. Preferably, lasers in the near infrared, for example with a wavelength of approx. 1030 nm with Yb-doped active materials, for example fiber lasers, are used, as these reliably and cost-effectively deliver high performance with good beam quality.
  • multi-laser systems can also be designed in which carried or stationary sensors are installed in a common or individual beam path. A beam control device controls the direction of the laser beam on the surface.
  • the beam control device also contains a focusing optics for controlling the beam diameter. Adjusting the laser control includes all parameters that influence the energy input into the component and thus the heat development and temperature of the component. In addition to the output power of the laser, these can be the scanning speed, the beam diameter or the beam size on the surface, a wavelength, pulse frequency, duty cycle of a modulation of the laser beam, an attenuator setting, etc. All of these parameters can be controlled by the control device and adjusted accordingly.
  • the component can be any type of component that can be subjected to heat treatment.
  • This can include aluminum or steel alloy, each of which is heated to up to 660°C or 1400°C and more to reduce residual stresses.
  • Nickel-based alloys are also possible.
  • the upper limit of the predetermined target temperature range is below the melting temperature of a material used for the component. This is advantageous in the case of heat treatment, in-situ and post-processing of one or more additively applied layers, for example to reduce residual stresses.
  • Advantageous embodiments and further developments emerge from the further subclaims and from the description with reference to the figures of the drawing.
  • photoemissions are detected by a pyrometer which is sensitive in the spectral range of photoemissions.
  • the arrangement thus enables simple detection of photoemissions from the same partial area of the surface during the periodic scanning process.
  • the specific periodic temperature profile oscillates between maxima and minima approximately according to a sine curve. This is usually the case when the partial area of the surface from which the photoemissions are detected is scanned at regular time intervals.
  • photoemissions are detected by a sensor that is carried along during the scanning. This enables uniform detection of the photoemissions, which results in a more precise determination of the local surface temperature.
  • the sensor has at least one coaxially arranged photodiode.
  • Coaxial here means that the photodiode can detect the photoemissions on the same optical axis as the scanning laser beam.
  • a photodiode selected according to the emission spectrum has good sensitivity and has good temporal resolution. For example, during the heat treatment of aluminum, temperatures of around 660°C or of steel between 1400°C and 1500°C can be measured, which have an emission peak according to Planck's radiation law between 1 ⁇ m and 3 ⁇ m with a corresponding width. These emissions can still be detected with a silicon diode or with an InGaAs diode.
  • Both types of photodiode are used to measure the photoemissions using a further beam splitter.
  • a calibration step is additionally provided in which the sensor is calibrated to detect the photoemissions along the scanning path.
  • the periodic scanning of the surface of the component includes a heating phase in which the surface is heated from room temperature to the predetermined target temperature range.
  • the deviation is determined by determining the deviations of the maxima and minima of the periodic temperature profile of the surface temperature to an upper limit and lower limit of a target temperature increase range.
  • the target temperature increase range follows a predetermined temperature increase that is typically adapted to the material and which, for example, prevents cracking of the material.
  • the energy input into the component which is regulated by a laser control, is adjusted based on the specific deviations so that the surface temperature oscillates periodically within the target temperature increase range. This ensures good temperature control even during a heating phase.
  • a cooling phase is also provided in which the component cools from the target temperature range to the ambient temperature. In this cooling phase, the laser-based heat treatment can slow down the cooling or achieve a cooling curve by applying small amounts of energy in a targeted manner by scanning the surface of the component.
  • the sensor is arranged in a stationary manner in order to detect the photoemissions emitted by a predetermined partial area of the surface irradiated with the laser. In this way, photoemissions of an area can be detected periodically following the scanning.
  • the senor is designed as a thermal camera, which is designed to detect the photoemissions emitted by the partial area.
  • a thermal camera provides reliable surface temperature values of the partial area of the surface.
  • an output device is provided, which is arranged in such a way as to couple the photoemissions between the beam control device and the laser to the sensor. In this way, a detection area of the sensor can be easily moved along with the scanning.
  • the sensor has at least one coaxially arranged photodiode, which is designed to detect the photoemissions emitted by the surface.
  • a coaxial arrangement in this context means that the photodiode can detect the photoemissions on the same optical axis as the scanning laser beam.
  • a photodiode selected according to the emission spectrum has good sensitivity and has good temporal resolution.
  • Fig. 1 a schematic representation of an exemplary embodiment of a device for controlling heat input into a component
  • Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of a corresponding method for controlling heat input into a component
  • Fig. 3 is a schematic representation of a surface of the component with a scan path drawn in according to an embodiment
  • Fig. 4 is a diagram of a temperature profile according to an embodiment
  • Fig. 1 a schematic representation of an exemplary embodiment of a device for controlling heat input into a component
  • Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of a corresponding method for controlling heat input into a component
  • Fig. 3 is a schematic representation of a surface of the component with a scan path drawn in according to an embodiment
  • Fig. 4 is a diagram of a temperature profile according to an embodiment
  • Fig. 1 a schematic representation of an exemplary embodiment of a device for controlling heat input into a component
  • Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of a corresponding method for controlling heat
  • FIG. 5 is a schematic representation of an embodiment of a device for controlling heat input into a component
  • Fig. 6 is a schematic representation of an embodiment of a corresponding method for controlling heat input into a component
  • Fig. 7 is a diagram of a temperature profile according to an embodiment.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device for controlling heat input into a component with a laser beam.
  • the device 1 shown in Fig. 1 has a laser 2. This is designed so that irradiation with the laser beam 5 emitted by the laser 2 on a surface 6a of the component 6 generates heat input. This is usually determined by the wavelength of the laser beam 2, which must have an absorption in the material of the component 6.
  • the component 6 shown in Fig. 1 is positioned on a base plate 9 and shows an additively applied layer 6b, which has not yet been subjected to any heat treatment, for example to reduce residual stresses. An underlying layer 6c has already been heat treated.
  • the device shown here is therefore used to treat the layer in situ with heat after application by the laser beam 5.
  • the device 1 is therefore to be regarded as part of a larger system for 3D printing, which can generally also have a powder chamber and an overflow container.
  • the device 1 also has a beam control device 3, which is designed to carry out a periodic scanning of the laser beam 5 on the surface 6a.
  • the beam control device 3 is designed as a scanner with scanning mirrors 3a.
  • the scanning speed should be selected to be very high so that the most homogeneous heat input possible is achieved. Scanning speeds are typically in the range of 10 m/s to 30 m/s.
  • the device 1 also has a sensor 4, which is designed to detect a wavelength range of photoemissions 7 that are emitted during scanning from the surface 6a irradiated with the laser beam 5.
  • the sensor 4 is arranged stationary and designed as a pyrometer in order to detect the photoemissions 7 emitted by a predetermined partial area 12 of the surface 6a irradiated with the laser.
  • the sensor 4 is alternatively designed as a thermal camera, which is designed to detect the photoemissions 7 emitted by the partial area 12 by being able to detect certain wavelength ranges in the near and mid-infrared (for example 1 ⁇ m to 3 ⁇ m).
  • the device also contains a control device 8, which is connected or coupled to the laser 2 and the sensor 4.
  • the control device 8 is designed to determine a periodic temperature profile of the surface temperature T S of the partial area 12 based on the detected photoemissions of the partial area 12.
  • the control device 8 is also designed to calculate a deviation of a maximum T1 of the determined periodic temperature profile from an upper limit T Z1 of the predetermined target temperature range ⁇ TZ and a minimum T2 of the determined periodic temperature profile from a lower limit TZ2 of the predetermined target temperature range ⁇ T Z.
  • the control device 8 is designed to adjust an energy input into the component controlled by a laser control based on the determined deviation of the maximum T1 and minimum T2 from the upper limit TZ1 and lower limit TZ2 of the predetermined target temperature range ⁇ T Z.
  • the upper limit T Z1 of the predetermined target temperature range ⁇ TZ is below the Melting temperature of a material used for the component 6.
  • the adjustment of the laser control includes all parameters that influence the energy input into the component and thus the heat development and temperature of the component 6. In addition to the output power of the laser 2, these can be the scanning speed, the beam diameter 13 or the beam size on the surface 6a, a wavelength, pulse frequency, duty cycle of a modulation of the laser beam 5, etc. All of these parameters can be controlled by the control device 8 and adjusted accordingly.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an embodiment of a corresponding method for controlling heat input into a component 6 with a laser beam. The method shown in Fig. 2 initially contains the step of periodically scanning S1 a surface 6a of the component 6 with the laser beam 5.
  • photoemissions 7 are recorded S2.
  • the photoemissions are emitted from a predetermined partial area 6a T of the surface 6a irradiated with the laser beam 5. This area is in the field of view of a sensor 4, which detects these photoemissions.
  • This is followed by the step of determining S3 a periodic temperature profile of a surface temperature T S based on the detected photoemissions 7. This is determined by a control device 8.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a surface 6a of the component 6 with a scan path 10 drawn in according to an embodiment. Fig. 3 shows a scan path 10 through which the laser beam 5 passes for a heat treatment of the surface 6a of the component 6.
  • a beam diameter 13 which can have a size of approximately 0.4 mm to 1 mm or more.
  • This scan path 10 is formed as a hatching, which has scan vectors 11 running parallel and orthogonal to one another. More complex shapes with curved scan vectors 11 are also conceivable.
  • the observation location or the partial area 12 of the surface that is in the field of view of the sensor 4 can be seen, and thus a part of the photoemissions 7 emitted by this partial area, which are basically emitted in all directions, is recorded.
  • Fig. 4 shows a diagram of a temperature profile according to an exemplary embodiment.
  • the temperature profile of the surface temperature T S has periodic behavior, with a time period P corresponding to the time it takes to pass through the scanning path 10.
  • the periodic temperature profile of the surface temperature T S between maxima T1 and minima T2 of the periodic temperature profile oscillates approximately according to a sine curve.
  • the deviations of the maxima T2 and minima T1 of the periodic temperature profile of the surface temperature TS to an upper limit TAZ1 and lower limit T AZ2 of a target temperature increase range ⁇ T Z can be determined. Furthermore, the energy input into the component regulated by the laser control can then be adjusted based on the determined deviations, so that the surface temperature TS oscillates periodically within the target temperature increase range. This then leads to the controlled temperature increase, as shown in Fig. 4. Furthermore, an average surface temperature 24 is shown, which serves as a reference for the deviations. This temperature follows the energy input into the component and is based on the laser beam power and the scanning speed. During the oscillation, the cooling, i.e.
  • the decreasing part of the oscillation between a maximum T 2 or TA2 and a minimum T1 or TA1 is determined by the heat dissipation of the underlying material of the component 6.
  • the local heating i.e. the increasing part of the oscillation between a minimum T1 or TA1 and a maximum T2 or TA2, is given by the scanning speed and the laser power of the laser, which locally heats a point.
  • the increase in the average surface temperature 24 during the heating phase 23 is determined by a heating frequency, which indicates the inverse of a duration until a point on the surface of the component is repeatedly exposed. The more often the laser beam exposes a point, the more the heating predominates, and the less often this point is exposed, the more the Cooling.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a further embodiment of a device 1' for controlling heat input into a component 6 with a laser beam 5.
  • the 5 is based on the first device 1 shown in Fig. 1. However, it has a sensor 4' which is carried along with the scanning and is designed to detect photo emissions 7 which are emitted during the irradiation from the surface 6 irradiated with the laser beam 5. Furthermore, an outcoupling device 14 in the form of a beam splitter is provided here, which is arranged in such a way as to couple the photo emissions 7 between the beam control device 3 and the laser 2 to the sensor 4'.
  • the sensor has at least one coaxially arranged photodiode which is designed to detect the photo emissions 7 emitted from the surface 6a.
  • the photodiode can be a Si- or InGaAs-based photodiode for detecting long-wave radiation up to the mid-infrared range.
  • a further beam splitter is provided which directs the photo emissions onto respective paths towards a Si photodiode and an InGaAs photodiode.
  • the device 1' also differs in that it has a slightly adapted control device 8 in order to determine a surface temperature T S based on the detected photo emissions 7, to calculate a deviation of the surface temperature T S from a predetermined target temperature T Z , and to adjust an output power of the laser 2 based on the calculated deviation of the surface temperature TS from the target temperature T Z.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of an embodiment of a corresponding method for controlling heat input into a component 6 with a laser beam 5.
  • the method 1' shown comprises the step of scanning S1' a surface 6a of a component 6 with a laser beam 5 along a scanning path 10.
  • a detection S2' of photoemissions 7 is carried out, which are emitted from the surface 6a during scanning along the scanning path 10.
  • a determination S3' of a course of a surface temperature TS along the scanning path 10 is provided based on the detected photoemissions.
  • Fig. 7 shows a diagram of a temperature profile according to an exemplary embodiment.
  • the diagram 30 shown in Fig. 7 is the surface temperature TS measured along the scanning path 11 against a horizontal time axis 31 plotted on a vertical temperature axis 32.
  • the temperature profile of the surface temperature T S follows a target temperature TZ, whereby these differ from one another.
  • the curve shown here as an example corresponds to the passage through a scanning path 10.
  • an optical element for beam attenuation for example in the form of a ⁇ /2 plate in combination with a polarizer
  • a focusing optic can be provided that can be controlled to vary the beam diameter.
  • This focusing optic can be integrated in the scanner and arranged upstream or downstream of the scanning mirrors.
  • the beam diameter can also be varied, which can be achieved, for example, by controlling a focusing optic in the scanner.
  • the scanning speed or the dwell time of the laser beam can also be varied.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein additiv gefertigtes Bauteil durch einen Laserstrahl, mit den Schritten: Periodisches Scannen einer Oberfläche des Bauteils mit dem Laserstrahl; Erfassen, während des periodischen Scannens, von Photoemissionen welche von einem mit dem Laserstrahl bestrahlten vorbestimmten Teilbereich der Oberfläche emittiert werden; Bestimmen eines periodischen Temperaturverlaufs einer Oberflächentemperatur und einer mittleren Oberflächentemperatur basierend auf den erfassten Photoemissionen; Berechnen einer Abweichung der mittleren Oberflächentemperatur von einer Obergrenze eines vorbestimmten Zieltemperaturbereichs und von einer Untergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs, wobei die Obergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs unterhalb der Schmelztemperatur eines für das Bauteil verwendeten Materials ist; und Anpassen eines durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrags in das Bauteil basierend auf den berechneten Abweichungen. Die Erfindung betrifft ferner ein alternatives Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil mit einem Laserstrahl.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine ent- sprechende Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil, sowie ein alternatives Verfahren und eine entspre- chende Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil. TECHNISCHER HINTERGRUND Bei der additiven Fertigung von Bauteilen kann nach dem Auf- schmelzen und vor oder nach dem Verfestigen des Materials zur Bildung einer additiven Schicht in regelmäßigen Abständen, o- der erst nach der Fertigung, eine in-situ Wärmebehandlung er- folgen. Dabei kann der gleiche Laser verwendet werden, um bei- spielsweise Eigenspannungen in den gefertigten Schichten durch einen gezielten Wärmeeintrag zu reduzieren. Allerdings ist es schwierig, eine gleichmäßige Temperaturverteilung in den Schichten zu erhalten, da unregelmäßig aufgetragenes Material, unterschiedliche Wärmeableitungen usw. lokale Temperaturunter- schiede verursachen. So können mit der Messung der Temperatur der Oberfläche Rückschlüsse über die Unterschiede erhalten werden, um dann die Parameter, wie die Ausgangsleistung des Lasers anzupassen, um beispielsweise ein erneutes Aufschmelzen des Materials zu verhindern. DE 112020 000895 T5 beschreibt dazu ein Verfahren zur Messung und Steuerung einer Temperatur eines Transfusionswalzenspalts, in dem die ausgesendete Menge von Strahlung einer Strahlungs- wärmequelle entsprechend von einem Pyrometer gemessener Strah- lung modifiziert wird. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur dynamischen Anpassung des Wärmeeintrags bei einem scannenden Bearbeitungs- verfahren anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und/oder durch eine Vor- richtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Demgemäß ist vorgesehen: - Ein Verfahren zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein addi- tiv gefertigtes Bauteil durch einen Laserstrahl, mit den Schritten: Periodisches Scannen einer Oberfläche des Bau- teils mit dem Laserstrahl; Erfassen, während des periodi- schen Scannens, von Photoemissionen, welche von einem mit dem Laserstrahl bestrahlten vorbestimmten Teilbereich der Oberfläche emittiert werden; Bestimmen eines periodischen Temperaturverlaufs einer Oberflächentemperatur und einer mittleren Oberflächentemperatur basierend auf den erfassten Photoemissionen; Berechnen einer Abweichung der mittleren Oberflächentemperatur von einer Obergrenze eines vorbe- stimmten Zieltemperaturbereichs und einer Untergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs, wobei die Obergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs unterhalb der Schmelztemperatur eines für das Bauteil verwendeten Materi- als ist; und Anpassen eines durch eine Lasersteuerung gere- gelten Energieeintrags in das Bauteil basierend auf den be- rechneten Abweichungen. - Ein Verfahren zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein addi- tiv gefertigtes Bauteil durch einen Laserstrahl, mit den Schritten: Scannen einer Oberfläche des Bauteils mit dem Laserstrahl entlang einer Scanstrecke; Erfassen von Photo- emissionen, welche beim Scannen entlang der Scanstrecke von der Oberfläche emittiert werden; Bestimmen eines Verlaufs einer Oberflächentemperatur entlang der Scanstrecke basie- rend auf den erfassten Photoemissionen; Berechnen einer Ab- weichung der Oberflächentemperatur von einer vorbestimmten Zieltemperatur entlang der Scanstrecke, wobei die Zieltem- peratur unterhalb der Schmelztemperatur eines für das Bau- teil verwendeten Materials ist; und Erneutes Scannen der Oberfläche und gleichzeitiges dynamisches Anpassen eines durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrags in das Bauteil entlang der Scanstrecke basierend auf der bestimmten Abweichung der Oberflächentemperatur von der Zieltempera- tur. - Eine Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein additiv gefertigtes Bauteil durch einen Laserstrahl, mit einem Laser, welcher derart ausgebildet ist, bei einer Be- strahlung mit dem von dem Laser emittierten Laserstrahl auf eine Oberfläche des Bauteils einen Wärmeeintrag zu erzeugen; mit einer Strahlsteuerungseinrichtung, welche dazu ausge- bildet ist, ein periodisches Scannen des Laserstrahls auf der Oberfläche auszuführen; mit einem Sensor, welcher dazu ausgebildet ist, Photoemissionen, welche bei dem Scannen von der mit dem Laserstrahl bestrahlen Oberfläche emittiert wer- den, zu detektieren; und mit einer Steuerungseinrichtung, welche mit dem Laser und dem Sensor verbunden ist, und dazu ausgelegt ist: einen periodischen Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur und eine mittlere Oberflächentempera- tur des Teilbereichs basierend auf den erfassten Photoemis- sionen des Teilbereichs zu bestimmen, eine Abweichung der mittleren Oberflächentemperatur von einer Obergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs und einer Untergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs zu berechnen, und einen durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrag in das Bauteil basierend auf der bestimmten Abweichung des Maximums und Minimums von der Obergrenze und Untergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs anzupassen, wobei die Obergrenze des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs (ΔTZ) unterhalb der Schmelztemperatur eines für das Bauteil (6) verwendeten Materials ist. - Eine Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein additiv gefertigtes Bauteil durch einen Laserstrahl, mit einem Laser, welcher derart ausgebildet ist, bei einer Be- strahlung mit dem von dem Laser emittierten Laserstrahl auf eine Oberfläche des Bauteils einen Wärmeeintrag zu erzeugen; und mit einer Strahlsteuerungseinrichtung, welche dazu aus- gebildet ist, ein Scannen des Laserstrahls auf der Oberflä- che auszuführen; mit einem dem Scannen mitgeführten Sensor, welcher dazu ausgebildet ist, Photoemissionen, welche von der mit dem Laserstrahl bestrahlten Oberfläche emittiert werden, zu detektieren; mit einer Steuerungseinrichtung, welche mit dem Laser und dem Sensor verbunden ist, und dazu ausgelegt ist: eine Oberflächentemperatur basierend auf den erfassten Photoemissionen zu bestimmen, eine Abweichung der Oberflächentemperatur von einer vorbestimmten Zieltempera- tur zu berechnen, und einen durch eine Lasersteuerung gere- gelten Energieeintrag in das Bauteil basierend auf der be- rechneten Abweichung der Oberflächentemperatur von der Ziel- temperatur anzupassen, wobei die Zieltemperatur unterhalb der Schmelztemperatur eines für das Bauteil verwendeten Ma- terials ist. Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis be- steht darin, dass das Aufschmelzen des Materials positionsab- hängig sein kann, da das hier additiv gefertigte Bauteil ab- hängig von der Position unterschiedliche Wärmeableitungsver- mögen aufweisen kann. Dies kann beispielsweise aufgrund einer unterschiedlichen Dicke oder Bauhöhe unterhalb der bestrahlten Oberfläche der Fall sein. Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, die Oberflächentemperatur der bestrahlten Oberfläche des Bauteils während dem Scannen zu messen, um Informationen über die in dem Bauteil aktuell herrschende Temperatur zu ge- winnen. Basierend auf den dadurch gewonnenen Informationen kann eine Lasersteuerung, welche sämtliche Parameter, die für das Scannen mit dem Laserstrahl Einfluss auf den Energieeintrag in das Bauteil haben, angepasst werden. Dies kann mit zwei sich ergänzenden und alternativen Verfahren und entsprechenden Vorrichtungen erreicht werden. Das erste Verfahren sieht eine stationäre Messung der Oberflächentempe- ratur der bestrahlten Oberfläche des Bauteils während dem Scan- nen vor. Dieser Teilbereich der stationären Messung kann über- all auf der Oberfläche gewählt werden, ist bevorzugt jedoch ein mittiger Bereich. Der daraus gewonnene Temperaturverlauf verläuft ebenso periodisch wie das Scannen selbst und sollte innerhalb eines bestimmten Zieltemperaturbereichs verlaufen, der für eine Wärmebehandlung eines Materials vorteilhaft ist. Durch Vergleiche der mittleren Temperatur, alternativ durch die Maxima und Minima, des oszillierenden Temperaturverlaufs können Aussagen über die Anpassung der Scanparameter, insbe- sondere der Laserstrahlleistung oder Ausgangsleistung des La- sers gewonnen und entsprechend angepasst werden. Das zweite Verfahren sieht einen mitgeführten Sensor vor, der die Oberflächentemperatur über detektierte Photoemissionen an oder zumindest in der Nähe der Stelle bestimmt, an dem der Laserstrahl gerade operiert. Daraus folgt ein Temperaturver- lauf, der bei geeigneter Ausgangsleistung und übrigen Parame- tern wie Strahldurchmesser usw. um eine Zieltemperatur schwankt. Diese Schwankungen kommen durch Unregelmäßigkeit der Oberflächentemperatur von Bereichen der Oberfläche zustande, welche beispielsweise ein unterschiedliches lokales Wärmeab- leitungsvermögen aufweisen. Der Laser kann je nach Material unterschiedlich gewählt werden. So sind Laser mit emittierter Wellenlänge vom UV-Bereich bis zum fernen Infrarot möglich. Bevorzugt werden Laser im nahen Infrarot, beispielsweise mit einer Wellenlänge von ca. 1030 nm mit Yb-dotierten aktiven Materialen, zum Beispiel Faserlaser, verwendet, da diese zuverlässige und kostengünstig hohe Leis- tung bei guter Strahlqualität liefern. Für beide Alternativen des Verfahrens und Vorrichtungen können auch für Mehr-Laser Systeme ausgestaltet werden, in denen mitgeführte oder auch stationäre Sensoren in einem gemeinsamen oder einzelnen Strah- lengang verbaut sind. Eine Strahlsteuerungseinrichtung steuert die Richtung des La- serstrahls auf der Oberfläche. Dies ist gewöhnlicherweise ein Scanner mit drehbaren Scanspiegeln, kann aber auch beispiels- weise sich bewegende oder rotierende transmissive Optiken auf- weisen. Die Strahlsteuerungseinrichtung enthält außerdem noch eine Fokussieroptik zur Steuerung des Strahldurchmessers. Das Anpassen der Lasersteuerung umfasst alle Parameter, die Einfluss auf den Energieeintrag in das Bauteil und damit auf die Wärmeentwicklung und Temperatur des Bauteils haben. Diese können neben der Ausgangsleistung des Lasers die Scangeschwin- digkeit, den Strahldurchmesser bzw. die Strahlgröße auf der Oberfläche, eine Wellenlänge, Pulsfrequenz, Duty-Cycle einer Modulation des Laserstrahls, eine Einstellung eines Abschwä- chers, usw. sein. All diese Parameter können von der Steue- rungseinrichtung angesteuert und entsprechend angepasst wer- den. Das Bauteil kann jede Art von Bauteil sein, welcher eine Wär- mebehandlung unterzogen werden kann. Dies kann Aluminium oder Stahllegierung umfassen, die jeweils bis zu 660°C oder 1400°C und mehr erhitzt werden, um Eigenspannungen abzubauen. Auch Nickel-basierte Legierung sind möglich. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Obergrenze des vor- bestimmten Zieltemperaturbereichs unterhalb der Schmelztempe- ratur eines für das Bauteil verwendeten Materials. Dies ist vorteilhaft bei einer Wärmebehandlung, in-situ und post-pro- cessing einer oder mehrerer additiv aufgetragener Schichten, beispielsweise zur Reduzierung von Eigenspannungen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Erfassen von Photoemissionen durch ein Pyrometer, welches in dem Spektralbereich der Photoemissionen empfindlich ist. Die Anordnung ermöglicht somit eine einfache Erfassung von Photo- emissionen des gleichen Teilbereichs der Oberfläche während dem periodischen Scanvorgang. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform oszilliert der bestimmte periodische Temperaturverlauf zwischen Maxima und Minima näherungsweise gemäß einer Sinuskurve. Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn der Teilbereich der Oberfläche, von welchem die Photoemissionen erfasst werden, in regelmäßi- gen Zeitintervallen gescannt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Erfassen von Photoemissionen durch einen dem Scannen mitgeführten Sen- sor. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Erfassung der Photo- emissionen, woraus eine genauere Bestimmung der lokalen Ober- flächentemperatur folgt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Sensor zumindest eine koaxial angeordnete Photodiode auf. Ko- axial bedeutet hier, dass die Photodiode auf der gleichen op- tischen Achse wie der scannende Laserstrahl die Photoemissio- nen erfassen kann. Eine dem Emissionsspektrum entsprechend ausgewählte Photodiode besitzt eine gute Empfindlichkeit und besitzt ein gutes zeitliches Auflösungsvermögen. So sind bei der Wärmebehandlung von Aluminium gängige Temperaturen von ca. 660°C oder von Stahl 1400°C bis 1500°C zu messen, welche einen Emissionspeak nach dem Planck’schen Strahlungsgesetz zwischen 1 µm und 3 µm mit entsprechender Breite haben. Diese Emissionen sind noch mit einer Silizium-Diode oder aber mit einer InGaAs- Diode erfassbar. In einer bevorzugten Ausführungsform werden durch einen weiteren Strahlteiler beide Arten von Photodiode zur Messung der Photoemissionen verwendet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zusätz- lich ein Kalibrierungsschritt vorgesehen, bei dem der Sensor zur Erfassung der Photoemissionen entlang der Scanstrecke ka- libriert wird. Ein solche Kalibrierung erhöht die Genauigkeit der Temperaturmessung und ermöglicht eine genaue Erfassung der absoluten Temperatur. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das periodische Scannen der Oberfläche des Bauteils eine Auf- heizphase, in welcher die Oberfläche von einer Raumtemperatur auf den vorbestimmten Zieltemperaturbereich aufgeheizt wird. Ferner erfolgt das Bestimmen der Abweichung mit dem Bestimmen der Abweichungen der Maxima und Minima des periodischen Tem- peraturverlaufs der Oberflächentemperatur zu einer Obergrenze und Untergrenze eines Zieltemperaturanstiegsbereichs. Der Zieltemperaturanstiegsbereich folgt einem vorbestimmten und typischerweise dem Material angepassten Temperaturanstieg, durch welchen beispielsweise eine Rissbildung des Materials vermieden wird. Außerdem erfolgt das Anpassen des durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrags in das Bauteil ba- sierend der bestimmten Abweichungen, so dass die Oberflächen- temperatur innerhalb des Zieltemperaturanstiegsbereichs peri- odisch oszilliert. Somit kann eine gute Temperaturkontrolle auch während einer Aufheizphase gewährleistet werden. Ferner ist eine Abkühlphase vorgesehen, in welchem das Bauteil von dem Zieltemperaturbereich auf die Umgebungstemperatur abkühlt. In dieser Abkühlphase kann die laserbasierte Wärmebehandlung durch gezielte Einbringung geringer Energiemengen mittels des Scannens der Oberfläche des Bauteils eine Verlangsamung der Abkühlung bzw. einer Abkühlkurve erreicht werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sen- sor derart stationär angeordnet, um die von einem mit dem Laser bestrahlten vorbestimmten Teilbereich der Oberfläche emittier- ten Photoemissionen zu erfassen. Auf diese Weise können peri- odisch dem Scannen folgend Photoemissionen eines Bereichs er- fasst werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sen- sor als eine Thermokamera ausgebildet, welche zur Detektion der von dem Teilbereich emittierten Photoemissionen ausgebil- det ist. Eine Thermokamera liefert zuverlässige Oberflächen- temperaturwerte des Teilbereichs der Oberfläche. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Aus- kopplungseinrichtung vorgesehen, welche derart angeordnet ist, um die Photoemissionen zwischen der Strahlsteuerungseinrich- tung und dem Laser zu dem Sensor auszukoppeln. So kann ein Erfassungsbereich des Sensors auf einfache Weise dem Scannen mitgeführt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Sensor zumindest eine koaxial angeordnete Photodiode auf, wel- che zur Detektion der von der Oberfläche emittierten Photo- emissionen ausgebildet ist. Wie oben bereits erwähnt, bedeutet eine koaxiale Anordnung in diesem Zusammenhang, dass die Pho- todiode auf der gleichen optischen Achse wie der scannende Laserstrahl die Photoemissionen erfassen kann. Eine dem Emis- sionsspektrum entsprechend ausgewählte Photodiode besitzt eine gute Empfindlichkeit und besitzt ein gutes zeitliches Auflö- sungsvermögen. Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbeson- dere sind sämtliche Merkmale der Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein additiv gefertigtes Bauteil auf die ent- sprechenden Verfahren zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein additiv gefertigtes Bauteil übertragbar, und umgekehrt. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Imple- mentierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit ge- nannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Alle Ausgestaltungen sollen auch für Mehr-Laser Systeme gel- ten, in denen mitgeführte Sensoren in einem gemeinsamen oder einzelnen Strahlengang verbaut sind. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergän- zungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungs- beispiele näher erläutert. Es zeigen dabei: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei- spiels einer Vorrichtung zur Regelung eines Wärme- eintrags in ein Bauteil; Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei- spiels eines entsprechenden Verfahrens zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Oberfläche des Bauteils mit eingezeichneter Scanstrecke gemäß eines Ausführungsbeispiels; Fig. 4 ein Diagramm eines Temperaturverlaufs gemäß eines Ausführungsbeispiels; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei- spiels einer Vorrichtung zur Regelung eines Wärme- eintrags in ein Bauteil; Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei- spiels eines entsprechenden Verfahrens zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil; und Fig. 7 ein Diagramm eines Temperaturverlaufs gemäß eines Ausführungsbeispiels. Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veran- schaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genann- ten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabs- getreu zueinander gezeigt. In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausführt ist - jeweils mit denselben Bezugszei- chen versehen. BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungs- beispiels einer Vorrichtung zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil mit einem Laserstrahl. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 weist einen Laser 2 auf. Dieser ist ausgebildet, dass einer Bestrahlung mit dem von dem Laser 2 emittierten Laserstrahl 5 auf eine Oberfläche 6a des Bauteils 6 einen Wärmeeintrag erzeugt wird. Dies wird in der Regel durch die Wellenlänge des Laserstrahls 2 bestimmt, die eine Absorption im Material des Bauteils 6 aufweisen muss. Das in Fig. 1 gezeigte Bauteil 6 ist auf einer Basisplatte 9 po- sitioniert und zeigt eine additiv aufgetragene Schicht 6b, welche noch keiner Wärmebehandlung beispielsweise zur Reduk- tion von Eigenspannungen ausgesetzt wurde. Eine darunterlie- gende Schicht 6c wurde bereits wärmebehandelt. Die hier ge- zeigte Vorrichtung wird daher dazu genutzt, die Schicht in- situ nach der Auftragung durch den Laserstrahl 5 mit Wärme zu behandeln. Die Vorrichtung 1 ist daher als ein Teil einer größeren Anlage zum 3D-Drucken anzusehen, welche in der Regel noch eine Pulverkammer und einen Overflow-Behälter aufweisen kann. Die Vorrichtung 1 weist außerdem noch eine Strahlsteuerungs- einrichtung 3 auf, welche ausgebildet ist, um ein periodisches Scannen des Laserstrahls 5 auf der Oberfläche 6a auszuführen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Strahlsteuerungseinrich- tung 3 als ein Scanner mit Scanspiegeln 3a ausgebildet. Die Scangeschwindigkeit sollte dabei sehr hoch gewählt werden, da- mit ein möglichst homogener Wärmeeintrag erreicht wird. Typi- scherweise sind Scangeschwindigkeiten im Bereich von 10 m/s bis 30 m/s. Die Vorrichtung 1 weist außerdem einen Sensor 4 auf, welcher dazu ausgebildet ist, einen Wellenlängenbereich von Photoemis- sionen 7, welche bei dem Scannen von der mit dem Laserstrahl 5 bestrahlen Oberfläche 6a emittiert werden, zu detektieren. In dieser ersten Vorrichtung ist der Sensor 4 stationär ange- ordnet und als Pyrometer ausgebildet, um die von einem mit dem Laser bestrahlten vorbestimmten Teilbereichs 12 der Oberfläche 6a emittierten Photoemissionen 7 zu erfassen. Der Sensor 4 ist hier alternativ als eine Thermokamera ausgebildet, welche zur Detektion der von dem Teilbereich 12 emittierten Photoemissi- onen 7 ausgebildet ist, indem es bestimmte Wellenlängenberei- che im Nahen und Mittleren Infrarot (beispielsweise 1 µm bis 3 µm) detektieren kann. Außerdem enthält die Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung 8, welche mit dem Laser 2 und dem Sensor 4 verbunden bzw. gekop- pelt ist. Die Steuerungseinrichtung 8 ist dazu ausgelegt einen periodischen Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur TS des Teilbereichs 12 basierend auf den erfassten Photoemissio- nen des Teilbereichs 12 zu bestimmen. Die Steuerungseinrich- tung 8 ist außerdem dazu ausgelegt eine Abweichung eines Ma- ximums T1 des bestimmten periodischen Temperaturverlaufs von einer Obergrenze TZ1 des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ und eines Minimums T2 des bestimmten periodischen Tempera- turverlaufs von einer Untergrenze TZ2 des vorbestimmten Ziel- temperaturbereichs ΔTZ zu berechnen. Ferner ist die Steuerungs- einrichtung 8 dazu ausgelegt, einen durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrag in das Bauteil basierend auf der bestimmten Abweichung des Maximums T1 und Minimums T2 von der Obergrenze TZ1 und Untergrenze TZ2 des vorbestimmten Zieltempe- raturbereichs ΔTZ anzupassen. Die Obergrenze TZ1 des vorbe- stimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ ist dabei unterhalb der Schmelztemperatur eines für das Bauteil 6 verwendeten Materi- als. Das Anpassen der Lasersteuerung umfasst dabei alle Parameter, die Einfluss auf den Energieeintrag in das Bauteil und damit auf die Wärmeentwicklung und Temperatur des Bauteils 6 haben. Diese können neben der Ausgangsleistung des Lasers 2, die Scan- geschwindigkeit, den Strahldurchmesser 13 bzw. die Strahlgröße auf der Oberfläche 6a, eine Wellenlänge, Pulsfrequenz, Duty- Cycle einer Modulation des Laserstrahls 5, usw. sein. All diese Parameter können von der Steuerungseinrichtung 8 angesteuert und entsprechend angepasst werden. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungs- beispiels eines entsprechenden Verfahrens zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil 6 mit einem Laserstrahl. Das in Fig. 2 gezeigt Verfahren enthält zunächst den Schritt eines periodischen Scannens S1 einer Oberfläche 6a des Bauteils 6 mit dem Laserstrahl 5. Während dieses periodischen Scannens werden Photoemissionen 7 erfasst S2. Die Photoemissionen wer- den von einem mit dem Laserstrahl 5 bestrahlten und vorbe- stimmten Teilbereich 6aT der Oberfläche 6a emittiert. Dieser Bereich ist im Sichtfeld eines Sensors 4, der diese Photoemis- sionen detektiert. Es folgt der Schritt des Bestimmens S3 eines periodischen Temperaturverlaufs einer Oberflächentemperatur TS basierend auf den erfassten Photoemissionen 7. Dies wird durch eine Steuerungseinrichtung 8 bestimmt. Es folgt das Berechnen S4 einer Abweichung eines Maximums TS1 des bestimmten periodi- schen Temperaturverlaufs von einer Obergrenze TZ1 eines vorbe- stimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ und eines Minimums TS2 des bestimmten periodischen Temperaturverlaufs von einer Unter- grenze TZ2 des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ und ein Anpassen S5 einen durch eine Lasersteuerung geregelten Ener- gieeintrag in das Bauteil basierend auf den berechneten Abwei- chungen. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Oberfläche 6a des Bauteils 6 mit eingezeichneter Scanstrecke 10 gemäß eines Ausführungsbeispiels. In Fig. 3 ist eine Scanstrecke 10 gezeigt, die der Laserstrahl 5 zu einer Wärmebehandlung der Oberfläche 6a des Bauteils 6 durchläuft. Zu sehen ist auch ein beispielhaft eingezeichneter Strahldurchmesser 13, welche eine Größe von ca. 0,4 mm bis 1 mm oder mehr haben kann. Diese Scanstrecke 10 ist als ein Hatching gebildet, welches parallel und orthogonal zueinander verlau- fende Scanvektoren 11 aufweist. Komplexere Formen mit kurven- förmigen Scanvektoren 11 sind ebenso denkbar. Zu erkennen ist der Beobachtungsort bzw. der Teilbereich 12 der Oberfläche, der im Sichtfeld des Sensors 4 ist, und somit einen Teil der von diesem Teilbereich emittierten Photoemissionen 7, die grundsätzlich in alle Richtungen emittiert werden, erfasst. Fig. 4 zeigt ein Diagramm eines Temperaturverlaufs gemäß eines Ausführungsbeispiels. Das in Fig. 4 gezeigte Diagramm 20 ist gegen eine horizontalen Zeitachse 21 die Oberflächentemperatur TS des Teilbereichs 12 auf einer vertikalen Temperaturachse 22 aufgetragen. Der Tem- peraturverlauf der Oberflächentemperatur TS weist dabei peri- odisches Verhalten auf, wobei eine zeitliche Periode P der Zeit eines Durchlaufens der Scanstrecke 10 entspricht. Der perio- dische Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur TS zwischen Maxima T1 und Minima T2 des periodischen Temperaturverlaufs oszilliert dabei näherungsweise gemäß einer Sinuskurve. Zunächst wird in einer Aufheizphase 23 das periodische Scannen der Oberfläche 6a des Bauteils 6 durchgeführt, um die Oberflä- che 6 von einer Raumtemperatur auf den vorbestimmten Zieltem- peraturbereich ΔTZ aufzuheizen. Dabei können die Abweichungen der Maxima T2 und Minima T1 des periodischen Temperaturverlaufs der Oberflächentemperatur TS zu einer Obergrenze TAZ1 und Un- tergrenze TAZ2 eines Zieltemperaturanstiegsbereichs ΔTZ be- stimmt werden. Ferner kann dann die durch die Lasersteuerung geregelten Energieeintrag in das Bauteil basierend der be- stimmten Abweichungen angepasst werden, so dass die Oberflä- chentemperatur TS innerhalb des Zieltemperaturanstiegsbereichs periodisch oszilliert. Dies führt dann zu dem kontrollierten Temperaturanstieg, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Ferner ist eine mittlere Oberflächentemperatur 24 eingezeichnet, welche als Referenz für die Abweichungen wird. Diese Temperatur folgt dem Energieeintrag in das Bauteil und basiert auf der Laserstrahl- leistung und der Scangeschwindigkeit. Während der Oszillation ist die Abkühlung, d.h. der sinkende Teil der Oszillation zwischen einem Maximum T2 oder TA2 und einem Minimum T1 oder TA1, durch die Wärmeabfuhr des unterlie- genden Materials des Bauteils 6 bestimmt. Die lokale Aufwär- mung, d.h. der steigende Teil der Oszillation zwischen einem Minimum T1 oder TA1 und einem Maximum T2 oder TA2, ist durch die Scangeschwindigkeit und die Laserleistung des Lasers gegeben, welcher lokal einen Punkt aufheizt. Die Steigung der mittleren Oberflächentemperatur 24 während der Aufheizphase 23 ist durch eine Heizfrequenz bestimmt, welche das Inverse einer Dauer angibt, bis ein Punkt auf der Oberfläche des Bauteils ein wiederholtes Mal belichtet wird. Je öfter der Laserstrahl eine stelle belichtet, desto mehr überwiegt die Aufwärmung, und je seltener diese Stelle belichtet wird, desto mehr überwiegt die Abkühlung. Sind Abkühlung und Energieeintrag im Gleichgewicht wird eine konstante mittlere Temperatur gehalten, wie in Fig. 4 gezeigt ist. In einer stationären Phase wird dann analog des oben beschrie- benen Verfahrens eine Abweichung der mittlere Temperatur, al- ternativ der Maxima TS1 und Minima TS2 des bestimmten periodi- schen Temperaturverlaufs von der Obergrenze TZ1 eines vorbe- stimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ und von einer Untergrenze TZ2 des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs ΔTZ berechnet. Diese Regelung führt zu einer stationären Oszillation der Ober- flächentemperatur TS im Zieltemperaturbereich ΔTZ, was für eine effektive Wärmebehandlung unerlässlich ist. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Aus- führungsbeispiels einer Vorrichtung 1‘ zur Regelung eines Wär- meeintrags in ein Bauteil 6 mit einem Laserstrahl 5. Die in Fig. 5 gezeigte zweite Vorrichtung 1‘ basiert auf der in Fig. 1 gezeigten ersten Vorrichtung 1. Allerdings weist sie einen dem Scannen mitgeführten Sensor 4‘ auf, welcher dazu ausgebildet ist, Photoemissionen 7, welche während der Be- strahlung von der mit dem Laserstrahl 5 bestrahlten Oberfläche 6 emittiert werden, zu detektieren. Ferner ist hier eine Aus- kopplungseinrichtung 14 in Form eines Strahlteilers vorgese- hen, welche derart angeordnet ist, um die Photoemissionen 7 zwischen der Strahlsteuerungseinrichtung 3 und dem Laser 2 zu dem Sensor 4‘ auszukoppeln. Der Sensor weist zumindest eine koaxial angeordnete Photodiode auf, welche zur Detektion der von der Oberfläche 6a emittierten Photoemissionen 7 ausgebil- det ist. Die Photodiode kann dabei eine Si- oder InGaAs-ba- sierte Photodiode zur Detektion langwelliger Strahlung bis in den mittleren Infrarotbereich sein. In weiteren Ausführungs- formen ist noch ein weiterer Strahlteiler vorgesehen, der die Photoemissionen auf jeweilige Pfade Richtung einer Si-Photo- diode und einer InGaAs-Photodiode richtet. Die Vorrichtung 1‘ unterscheidet sich außerdem durch eine leicht angepasst ausgelegte Steuerungseinrichtung 8, um eine Oberflächentemperatur TS basierend auf den erfassten Photo- emissionen 7 zu bestimmen, eine Abweichung der Oberflächentem- peratur TS von einer vorbestimmten Zieltemperatur TZ zu berech- nen, und eine Ausgangsleistung des Lasers 2 basierend auf der berechneten Abweichung der Oberflächentemperatur TS von der Zieltemperatur TZ anzupassen. Da hier der Sensor mitgeführt wird, ist es unerlässlich, dass auch die Steuerungseinrichtung 8 die von dem Sensor 4‘ gelieferten Daten relativ schnell, beispielsweise im kHz-Bereich verarbeiten, und die Ausgangs- leistung des Lasers 2 schnell ansteuern kann. Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungs- beispiels eines entsprechenden Verfahrens zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein Bauteil 6 mit einem Laserstrahl 5. Das gezeigte Verfahren 1‘ weist den Schritt eines Scannens S1‘ einer Oberfläche 6a eines Bauteils 6 mit einem Laserstrahl 5 entlang einer Scanstrecke 10 auf. Dann erfolgt ein Erfassen S2‘ von Photoemissionen 7, welche beim Scannen entlang der Scanstrecke 10 von der Oberfläche 6a emittiert werden. Ferner ist ein Bestimmen S3‘ eines Verlaufs einer Oberflächentempe- ratur TS entlang der Scanstrecke 10 basierend auf den erfassten Photoemissionen vorgesehen. Damit erfolgt ein Berechnen S4‘ einer Abweichung der Oberflächentemperatur TS von einer vorbe- stimmten Zieltemperatur TZ entlang der Scanstrecke 10. Ferner wird ein erneutes Scannen der Oberfläche 6a durchgeführt, wobei gleichzeitige ein dynamisches Anpassen einer Ausgangsleistung des Lasers 2 entlang der Scanstrecke 10 basierend auf der bestimmten Abweichung der Oberflächentemperatur TS von der Zieltemperatur TZ durchgeführt wird. Ferner kann noch der zusätzliche Schritt einer Kalibrierung vorgesehen sein, bei dem der Sensor 4‘ zur Erfassung der Pho- toemissionen 7 entlang der Scanstrecke 10 kalibriert wird. Fig. 7 zeigt ein Diagramm eines Temperaturverlaufs gemäß eines Ausführungsbeispiels. Das in Fig. 7 gezeigte Diagramm 30 ist gegen eine horizontalen Zeitachse 31 die Oberflächentemperatur TS gemessen entlang der Scanstrecke 11 auf einer vertikalen Temperaturachse 32 aufge- tragen. Der Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur TS folgt dabei einer Zieltemperatur TZ, wobei diese voneinander abweichen. Die hier beispielhaft gezeigte Kurve entspricht dem Durchlauf einer Scanstrecke 10. Bei bekanntem Startpunkt ist es möglich zu erkennen, an welchen Bereichen der Scanstrecke 10 eine etwas zu hohe Oberflächentemperatur TS und an welchen Bereichen der Oberfläche 6a eine etwas zu niedrige Oberflä- chentemperatur TS sich gebildet hat. Durch entsprechende dyna- mische Anpassung der Ausgangsleistung des Lasers 2, bzw. der Laserstrahlleistung des Laserstrahls 5 bei den folgenden Scan- vorgängen können diese Temperaturschwankungen ausgeglichen werden. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh- rungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere enthalten die oben beschrie- benen Ausführungsformen vereinfachte optische System. So kann ein optisches Element zur Strahlabschwächung, beispielsweise in Form einer λ/2-Platte in Kombination mit einem Polarisator vorgesehen sein. Weiterhin kann eine Fokussieroptik vorgesehen sein, die angesteuert werden kann, um die Strahldurchmesser zu variieren. Diese Fokussieroptik kann im Scanner integriert sein, und den Scanspiegeln vor- oder auch nachgelagert ange- ordnet sein. Obwohl in den obigen Ausführungsformen nur ein Laser erwähnt ist, gilt das obige Verfahren auch für Vorrich- tungen mit mehreren gleichartigen oder auch unterschiedlichen Lasern, die für das Scannen verwendet werden. Weiterhin kann auch der Strahldurchmesser variiert werden, was beispielsweise durch die Ansteuerung einer Fokussieroptik im Scanner reali- siert werden kann. Weiterhin kann auch die Scangeschwindigkeit bzw. eine Verweildauer des Laserstrahls variiert werden.
Bezugszeichenliste 1, 1‘ Vorrichtungen 2 Laser 3 Strahlsteuerungseinrichtung 4, 4‘ Sensoren 5 Laserstrahl 6 Bauteil 6a Oberfläche des Bauteils 6b zu behandelnder Abschnitt des Bauteils 6c unbehandelter Abschnitt des Bauteils 7 Photoemissionen 8 Steuerungseinrichtung 9 Basisplatte 10 Scanstrecke 11 Scanvektor 12 Beobachtungspunkt/Teilbereich der Oberfläche 13 Strahldurchmesser 14 Auskopplungsoptik 20 Diagramm zum Temperaturverlauf 21 Zeitachse 22 Temperaturachse 23 Aufheizphase 24 Mittlere Oberflächentemperatur 30 Diagramm zum Temperaturverlauf 31 Zeitachse 32 Temperaturachse P Periode eines Scandurchlaufs S1 - S5 Verfahrensschritte S1‘ - S5‘ Verfahrensschritte TAZ1 Obergrenze des Zieltemperaturanstiegsbereichs TAZ2 Untergrenze des Zieltemperaturanstiegsbereichs TS erfasste Oberflächentemperatur TS1 Maximum des periodischen Temperaturverlaufs TS2 Minimum Temperatur des periodischen Temperaturver- laufs ΔTZ Zieltemperaturbereich TZ Zieltemperatur TZ1 Obergrenze des Zieltemperaturbereichs TZ2 Untergrenze des Zieltemperaturbereichs

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein additiv gefertigtes Bauteil (6) durch einen Laserstrahl (5), mit den Schritten: Periodisches Scannen (S1) einer Oberfläche (6a) des Bauteils (6) mit dem Laserstrahl (5); Erfassen (S2), während des periodischen Scannens, von Photo- emissionen (7), welche von einem mit dem Laserstrahl (5) be- strahlten vorbestimmten Teilbereich (12) der Oberfläche (6a) emittiert werden; Bestimmen (S3) eines periodischen Temperaturverlaufs einer Oberflächentemperatur (TS) und einer mittleren Oberflächentem- peratur (24) basierend auf den erfassten Photoemissionen (7); Berechnen (S4) einer Abweichung der mittleren Oberflächentem- peratur (24) von einer Obergrenze (TZ1) eines vorbestimmten Zieltemperaturbereichs (ΔTZ) und einer Untergrenze (TZ2) des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs (ΔTZ), wobei die Ober- grenze (TZ1) des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs (ΔTZ) un- terhalb der Schmelztemperatur eines für das Bauteil (6) ver- wendeten Materials ist; und Anpassen (S5) eines durch eine Lasersteuerung geregelten Ener- gieeintrags in das Bauteil (6) basierend auf den berechneten Abweichungen, wobei die Scanparameter zumindest eine Laser- strahlleistung umfassen. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Erfassen von Photoemissionen (7) durch ein Pyrometer erfolgt, welches zur Detektion der Photoemissionen (7) des bestrahlten vorbestimmten Teilbereichs (12) der Oberfläche (6) angeordnet und ausgebildet ist. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der bestimmte periodische Temperaturverlauf zwischen Ma- xima (T1) und Minima (T2) näherungsweise gemäß einer Sinuskurve periodisch oszilliert. 4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das periodische Scannen der Oberfläche (6a) des Bauteils (6) eine Aufheizphase (23), in welcher die Oberfläche (6) von einer Raumtemperatur auf den vorbestimmten Zieltemperaturbe- reich (ΔTZ) aufgeheizt wird, umfasst, und dass das Bestimmen der Abweichung mit dem Bestimmen der Abwei- chungen der Maxima (T2) und Minima (T1) des periodischen Tem- peraturverlaufs der Oberflächentemperatur (TS) zu einer Ober- grenze (TAZ1) und Untergrenze (TAZ2) eines Zieltemperaturan- stiegsbereichs erfolgt, und dass das Anpassen des durch die Lasersteuerung geregelten Ener- gieeintrags in das Bauteil (6) basierend der bestimmten Abwei- chungen erfolgt, so dass die Oberflächentemperatur (TS) inner- halb des Zieltemperaturanstiegsbereichs periodisch oszilliert. 5. Verfahren (1‘) zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein ad- ditiv gefertigtes Bauteil (6) durch einen Laserstrahl (5), mit den Schritten: Scannen (S1‘) einer Oberfläche (6a) des Bauteils (6) mit dem Laserstrahl (5) entlang einer Scanstrecke (10), wobei die Ziel- temperatur (TZ) unterhalb der Schmelztemperatur eines für das Bauteil (6) verwendeten Materials ist; Erfassen (S2‘) von Photoemissionen (7), welche beim Scannen entlang der Scanstrecke (10) von der Oberfläche (6a) emittiert werden; Bestimmen (S3‘) eines Verlaufs einer Oberflächentemperatur (TS) entlang der Scanstrecke (10) basierend auf den erfassten Pho- toemissionen; Berechnen (S4‘) einer Abweichung der Oberflächentemperatur (TS) von einer vorbestimmten Zieltemperatur (TZ) entlang der Scan- strecke (10); und Erneutes Scannen der Oberfläche (6a) und gleichzeitiges dyna- misches Anpassen eines durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrags in das Bauteil (6) entlang der Scanstrecke (10) basierend auf der bestimmten Abweichung der Oberflächentempe- ratur (TS) von der Zieltemperatur (TZ), wobei die Scanparameter zumindest eine Laserstrahlleistung umfassen. 6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Erfassen (S2‘) von Photoemissionen (7) durch einen dem Scannen mitgeführten Sensor (4‘) erfolgt. 7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (4‘) zumindest eine koaxial angeordnete Pho- todiode aufweist. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich ein Kalibrierungsschritt vorgesehen ist, bei dem der Sensor (4‘) zur Erfassung der Photoemissionen (7) ent- lang der Scanstrecke (10) kalibriert wird. 9. Vorrichtung (1) zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein additiv gefertigtes Bauteil (6) durch einen Laserstrahl (5), insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 8, mit einem Laser (2), welcher derart ausgebildet ist, bei einer Bestrahlung mit dem von dem Laser (2) emittierten Laserstrahl (5) auf eine Oberfläche (6a) des Bauteils (6) einen Wärmeein- trag zu erzeugen; mit einer Strahlsteuerungseinrichtung (3), welche dazu ausge- bildet ist, ein periodisches Scannen des Laserstrahls (5) auf der Oberfläche (6a) auszuführen; mit einem Sensor (4), welcher dazu ausgebildet ist, Photoemis- sionen (7), welche bei dem Scannen von der mit dem Laserstrahl (5) bestrahlen Oberfläche (6a) emittiert werden, zu detektie- ren; und mit einer Steuerungseinrichtung (8), welche mit dem Laser (2) und dem Sensor (4) verbunden ist, und dazu ausgelegt ist: - einen periodischen Temperaturverlauf der Oberflächentem- peratur (TS) des Teilbereichs (12) basierend auf den er- fassten Photoemissionen (7) des Teilbereichs (12) zu be- stimmen, - eine Abweichung und einer mittleren Oberflächentemperatur (24) von einer Obergrenze (TZ1) des vorbestimmten Ziel- temperaturbereichs (ΔTZ) und einer Untergrenze (TZ2) des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs (ΔTZ) zu berechnen, und - ein durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrag in das Bauteil (6) basierend auf der bestimmten Abweichung des Maximums (T1) und Minimums (T2) von der Obergrenze (TZ1) und Untergrenze (TZ2) des vorbestimmten Zieltempera- turbereichs (ΔTZ) anzupassen, wobei die Obergrenze (TZ1) des vorbestimmten Zieltemperaturbereichs (ΔTZ) unterhalb der Schmelztemperatur eines für das Bauteil (6) verwen- deten Materials ist. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (4) derart stationär angeordnet ist, um die von einem mit dem Laser (2) bestrahlten vorbestimmten Teilbe- reich (12) der Oberfläche (6a) emittierten Photoemissionen (7) zu erfassen. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (4) als eine Thermokamera ausgebildet ist, welche zur Detektion der von dem Teilbereich (12) emittierten Photoemissionen (7) ausgebildet ist. 12. Vorrichtung (1‘) zur Regelung eines Wärmeeintrags in ein additiv gefertigtes Bauteil (6) durch einen Laserstrahl (5), insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 8, mit einem Laser (2), welcher derart ausgebildet ist, bei einer Bestrahlung mit dem von dem Laser (2) emittierten Laserstrahl auf eine Oberfläche (6a) des Bauteils (6) einen Wärmeeintrag zu erzeugen; mit einer Strahlsteuerungseinrichtung (3), welche dazu ausge- bildet ist, ein Scannen des Laserstrahls (5) auf der Oberfläche (6a) auszuführen; mit einem dem Scannen mitgeführten Sensor (4‘), welcher dazu ausgebildet ist, Photoemissionen (7), welche von der mit dem Laserstrahl (5) bestrahlten Oberfläche (6a) emittiert werden, zu detektieren; und mit einer Steuerungseinrichtung (8), welche mit dem Laser (2) und dem Sensor (4‘) verbunden ist, und dazu ausgelegt ist: - eine Oberflächentemperatur (TS) basierend auf den erfass- ten Photoemissionen (7) zu bestimmen, - eine Abweichung der Oberflächentemperatur (TS) von einer vorbestimmten Zieltemperatur (TZ) zu berechnen, und - ein durch eine Lasersteuerung geregelten Energieeintrag in das Bauteil (6) basierend auf der berechneten Abwei- chung der Oberflächentemperatur (TS) von der Zieltempera- tur (TZ) anzupassen, wobei die Zieltemperatur (TZ) unter- halb der Schmelztemperatur eines für das Bauteil (6) ver- wendeten Materials ist. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Auskopplungseinrichtung (14) vorgesehen ist, welche derart angeordnet ist, um die Photoemissionen (7) zwischen der Strahlsteuerungseinrichtung (3) und dem Laser (2) zu dem Sensor (4‘) auszukoppeln. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensor (4‘) zumindest eine koaxial angeordnete Pho- todiode aufweist, welche zur Detektion der von der Oberfläche emittierten Photoemissionen (7) ausgebildet ist.
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