WO2025214737A1 - Verfahren und planungsvorrichtung zum planen einer lokal selektiven bestrahlung eines arbeitsbereichs mit einem energiestrahl, verfahren und fertigungsvorrichtung zum additiven fertigen eines bauteils aus einem pulvermaterial, computerprogramm und speichermedium - Google Patents

Verfahren und planungsvorrichtung zum planen einer lokal selektiven bestrahlung eines arbeitsbereichs mit einem energiestrahl, verfahren und fertigungsvorrichtung zum additiven fertigen eines bauteils aus einem pulvermaterial, computerprogramm und speichermedium

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WO2025214737A1
WO2025214737A1 PCT/EP2025/057653 EP2025057653W WO2025214737A1 WO 2025214737 A1 WO2025214737 A1 WO 2025214737A1 EP 2025057653 W EP2025057653 W EP 2025057653W WO 2025214737 A1 WO2025214737 A1 WO 2025214737A1
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vector
powder material
energy beam
planning
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Bernhard Gutmann
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Trumpf Laser und Systemtechnik SE
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • Method and planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam method and manufacturing device for the additive manufacturing of a component from a powder material, computer program and storage medium
  • the invention relates to a method and a planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with at least one energy beam, a method and a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, a computer program and a machine-readable storage medium.
  • the irradiation of the work area occurs by successively displacing the at least one energy beam along irradiation vectors grouped into vector groups, with the irradiation vectors being processed group by group.
  • vector group interruptions can occur if, for example, a part of a vector group is separated from another part of the same vector group—or even a first vector group from a second vector group—by a recess in the component to be manufactured.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method and a planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with at least one energy beam, a method and a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, a computer program and a machine-readable storage medium, wherein the aforementioned disadvantages are at least reduced, preferably avoided.
  • the object is achieved in a first aspect in particular by providing a method - hereinafter referred to as a planning method - for planning a locally selective irradiation of a work area with at least one energy beam in order to produce a component layer by layer from a plurality of powder material layers of a powder material arranged in a layer sequence in the work area in time succession by means of the at least one energy beam, wherein
  • a plurality of vector groups each having a plurality of irradiation vectors is defined, wherein
  • a cross-sectional geometry of the component in the working powder material layer has a vector group interruption, wherein a temporal irradiation sequence of the vector groups is determined such that first irradiation vectors of different vector groups arranged on a common side of the vector group interruption are irradiated before second irradiation vectors which are arranged on a side spaced apart from the common side by the vector group interruption.
  • the planning method proposed here improves or optimizes the temporal irradiation sequence of the vector groups in such a way that long jumps are avoided.
  • the associated disadvantages both with regard to production time and cooling behavior, are at least reduced, preferably avoided.
  • an irradiation plan for the locally selective irradiation of the working area with the energy beam in the at least one powder material layer is obtained - in particular as a result or product of the planning process.
  • a vector group interruption is understood in particular to be a structure of the cross-sectional geometry of the component to be produced in the working powder material layer, which requires a geometric distance between boundary vectors adjacent to the vector group interruption - in particular spaced apart along a test direction.
  • the geometric distance is in particular a finite distance, in particular a distance that is greater than an average distance between immediately adjacent irradiation vectors within a vector group comprising at least one of the boundary vectors.
  • Boundary vectors are understood to be irradiation vectors that directly border the vector group interruption.
  • the boundary vectors can belong to the same vector group, in particular to different sub-vector groups of the same vector group, or to different vector groups separated from one another by the vector group interruption.
  • a temporal irradiation sequence is defined in particular, in which the irradiation vectors within the vector group are processed one after the other.
  • an initial temporal irradiation sequence of the various vector groups is also defined - at least initially on a trial basis - so that it is also determined which first irradiation vector of a subsequent vector group will be irradiated after a last irradiation vector of a preceding vector group.
  • the temporal irradiation sequence defined in this way simultaneously defines a geometric processing direction in the work area, along which the irradiation vectors processed one after the other in time are processed one after the other.
  • the test direction preferably corresponds to this processing direction.
  • the initially determined temporal irradiation sequence of the vector groups is then changed by determining the new, inventive temporal irradiation sequence such that first irradiation vectors of different vector groups arranged on a common side of the vector group interruption are irradiated before second irradiation vectors which are arranged on a side spaced from the common side by the vector group interruption, in particular even if the second irradiation vectors at least partially belong to the same vector group as some of the first irradiation vectors.
  • the side spaced apart from the common side is, in particular, a side opposite the common side along the test direction - across the vector group interruption.
  • a vector group interruption can be provided, for example, by a hole, a recess in the component - optionally also with an open edge - an angle or a curvature in the cross-sectional geometry of the component, or generally by a concave area of the component geometry in the working powder material layer.
  • Additive or generative manufacturing or production of a component is understood to mean, in particular, a layered build-up of a component from powder material, in particular a powder-bed-based method for producing a component in a powder bed, in particular a manufacturing method selected from a group consisting of selective laser sintering, laser metal fusion (LMF), direct metal laser melting (DMLM), laser net shaping manufacturing (LNSM), selective electron beam melting (SEBM), and laser engineered net shaping (LENS).
  • LMF laser metal fusion
  • DMLM direct metal laser melting
  • LNSM laser net shaping manufacturing
  • SEBM selective electron beam melting
  • LENS laser engineered net shaping
  • the at least one energy beam is selected, in particular, from a group consisting of an electromagnetic beam, in particular an optical working beam, in particular a laser beam, and a particle beam, in particular an electron beam.
  • the at least one energy beam can be continuous or pulsed, in particular continuous laser radiation or pulsed laser radiation. In one embodiment, all energy beams are laser beams.
  • a locally selective irradiation of a work area with a plurality of energy beams can be planned in order to produce, by means of the plurality of energy beams, one component or several components layer by layer from a plurality of powder material layers of a powder material arranged in a layer sequence in the work area.
  • An irradiation vector is understood, in particular, to be a continuous, preferably linear displacement of the energy beam over a specific distance with a specific displacement direction.
  • the irradiation vector includes, in particular, the direction or orientation of the displacement, i.e., the vector orientation.
  • the irradiation vector does not have to be a straight line; rather, an irradiation vector can also follow a line or curve that is at least partially curved.
  • an irradiation vector is understood to be a corresponding instruction for controlling a scanner device provided for displacing the energy beam.
  • processing of an irradiation vector is understood in particular to mean that a control of the scanner device and/or an actual displacement of the energy beam in the working area is carried out in accordance with the definition given by the irradiation vector.
  • the method is preferably carried out for a plurality of working powder material layers of the powder material layers required for the production of the component, arranged successively in the working area, particularly preferably for all powder material layers.
  • This can - depending on the specific implementation of the Planning process on a computer device - successively, or at least partially simultaneously. Optimization of the irradiation can also provide for cyclic or iterative treatment of the powder material layers as working powder material layers in the process.
  • the irradiation plan is obtained as a data set for controlling a manufacturing device, in particular a manufacturing device according to the invention described below or a manufacturing device according to one or more of the embodiments described below, for additively manufacturing a component from the powder material.
  • a manufacturing device in particular a manufacturing device according to the invention described below or a manufacturing device according to one or more of the embodiments described below, for additively manufacturing a component from the powder material.
  • the irradiation plan is thus obtained in an easily manageable, in particular machine-readable form.
  • the vector groups are defined continuously by the vector group interruption. This means, in particular, that the vector groups are defined in such a way that they always lie clearly on one side of the vector group interruption.
  • the boundary vectors are then assigned to different vector groups in each case. In this way, the temporal irradiation sequence of the vector groups can be determined particularly easily.
  • vector groups interrupted by the vector group interruption are divided into sub-vector groups that are uninterrupted by the vector group interruption. This means, in particular, that when grouping the irradiation vectors into the vector groups, any vector group interruptions are initially ignored, with a suitable subdivision of the vector groups into the sub-vector groups that are uninterrupted by the vector group interruption being carried out later.
  • the boundary vectors can then be assigned to the same vector group, but to different sub- Vector groups can be assigned to this same vector group. This advantageously allows for a particularly simple definition of the vector groups.
  • the temporal irradiation sequence of the vector groups is determined such that first vector groups arranged on a common side of the vector group interruption are irradiated before second vector groups arranged on a side spaced apart from the common side by the vector group interruption.
  • this advantageously and very efficiently avoids jumps across the vector group interruption.
  • the vector groups are grouped into irradiation groups irradiated one after the other in time, wherein the vector groups of a same irradiation group are arranged on a common side of the vector group interruption.
  • the temporal irradiation sequence of the vector groups is determined such that first sub-vector groups arranged on a common side of the vector group interruption are irradiated before second sub-vector groups arranged on a side spaced apart from the common side by the vector group interruption. This also advantageously and efficiently avoids jumps across the vector group interruption.
  • the sub-vector groups are grouped into irradiation groups irradiated one after the other in time, wherein the sub-vector groups of a same irradiation group are arranged on a common side of the vector group interruption.
  • the determination of the temporal irradiation sequence can therefore be made on the one hand at the - further upper - hierarchical level of the vector groups or on the other hand at the - further lower - hierarchical level of the sub-vector groups.
  • the vector groups are defined as stripes.
  • the irradiation vectors within a vector group formed as a stripe are preferably linear vectors that are perpendicular to a stripe direction of the The strips are aligned in the respective direction, whereby they can be oriented parallel to one another or mutually antiparallel.
  • Such a strip is, in particular, longer along the strip direction than the vector length of the individual irradiation vectors.
  • the vector length of the individual irradiation vectors is, in particular, simultaneously a width direction of the strip, while the strip direction is a length direction of the strip.
  • the temporal irradiation sequence of the vector groups is determined such that immediately adjacent vector groups are irradiated one after the other. This advantageously avoids longer, unproductive jumps.
  • the temporal irradiation sequence of the vector groups is determined such that immediately adjacent sub-vector groups are irradiated one after the other. This also advantageously avoids longer, unproductive jumps.
  • the object is also achieved in particular by creating a method - hereinafter referred to as a manufacturing method - for the additive manufacturing of a component from a powder material, comprising the following steps: providing an irradiation plan, obtained using a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments, for the locally selective irradiation of a work area with at least one energy beam in order to produce the component layer by layer from a plurality of powder material layers arranged sequentially in a layer sequence in the work area by means of the at least one energy beam, and manufacturing the component according to the irradiation plan.
  • a manufacturing method - for the additive manufacturing of a component from a powder material, comprising the following steps: providing an irradiation plan, obtained using a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments, for the locally selective irradiation of a work area with at least one energy beam in order to produce the component layer by layer from a
  • the irradiation plan is provided by carrying out a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments.
  • the Manufacturing processes also include the planning process - particularly in the form of steps preceding the actual production.
  • a laser beam or an electron beam is preferably used as the energy beam.
  • the component is manufactured by means of selective laser sintering and/or selective laser melting.
  • a metallic or ceramic powder can preferably be used.
  • the object is also achieved in particular by creating a computer program comprising machine-readable instructions, on the basis of which a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments, or a manufacturing method according to the invention or a manufacturing method according to one or more of the previously described embodiments, is carried out when the computer program runs on a computing device, in particular a planning device or a control device of a manufacturing device.
  • a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments or a manufacturing method according to the invention or a manufacturing method according to one or more of the previously described embodiments
  • a manufacturing method according to the invention or a manufacturing method according to one or more of the previously described embodiments is carried out when the computer program runs on a computing device, in particular a planning device or a control device of a manufacturing device.
  • the object is also achieved in particular by creating a machine-readable storage medium comprising a computer program according to the invention or a computer program according to one or more of the previously described embodiments.
  • a machine-readable storage medium comprising a computer program according to the invention or a computer program according to one or more of the previously described embodiments.
  • the object is also achieved in a fifth aspect in particular by providing a planning device for planning a locally selective irradiation of a working area with at least one energy beam in order to produce a component from a powder material arranged in the working area by means of the at least one energy beam, wherein
  • the planning device is configured to carry out a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments.
  • those advantages arise that were previously explained in connection with the planning method, the manufacturing method, the computer program, or the storage medium.
  • the planning device can be configured to plan the locally selective irradiation of the work area with a plurality of energy beams.
  • the planning device is designed as a device 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.
  • PC personal computer
  • plug-in card or control card a plug-in card or control card
  • FPGA board a plug-in card or control card
  • the planning device can be provided externally or separately from a manufacturing device, wherein the planning device preferably creates a data set, which is then transmitted in a suitable manner, for example by means of a data carrier or via a network, in particular via the Internet, or via another suitable wireless or wired transmission form, to a manufacturing device, in particular a control device of a manufacturing device.
  • a manufacturing device in particular a control device of a manufacturing device.
  • the planning device it is possible for the planning device to generate CAM data, i.e. in particular a command sequence, in particular an NC program, for controlling the manufacturing device from CAD data, wherein this command sequence is then transmitted to the manufacturing device for its control.
  • CAD data of a component to be transferred to the planning device, wherein the planning device generates the command sequence for the manufacturing device from this data.
  • the planning device can also be integrated into a manufacturing device.
  • the planning device can be integrated into the control device of the manufacturing device, or the control device of the manufacturing device can be designed as a planning device, in particular by providing a suitable hardware component and/or by implementing a suitable computer program product, in particular software.
  • CAD data of a component to be manufactured to be transferred to the manufacturing device, wherein the manufacturing device itself, in particular the planning device implemented in the control device, uses the CAD data corresponding CAM data or a command sequence for controlling the manufacturing device is generated.
  • the planning device it is also possible for the planning device to comprise a plurality of computing devices, wherein it is in particular designed to be physically distributed.
  • the planning device then preferably comprises a plurality of interconnected computing devices.
  • the planning device can be designed as a data cloud or so-called cloud, or the planning device is part of a data cloud or cloud.
  • the planning device can comprise, on the one hand, at least one computing device external to the manufacturing device and, on the other hand, the manufacturing device, in particular the control device of the manufacturing device, wherein steps carried out by the planning device are then carried out partly on the external computing device and partly on the manufacturing device, in particular on the control device.
  • the planning device not to take over the complete planning of the locally selective irradiation of the work area, but only parts of it; In particular, it is possible for the planning device to only handle that part of the planning of the locally selective irradiation of the work area that relates to the previously described steps and/or specifications.
  • Other parts of the planning of the locally selective irradiation can be carried out in other computing devices, in particular in computing devices external to the manufacturing device, or in the manufacturing device itself, in particular its control device, or even in a data cloud.
  • the planning device can modify, adapt, or correct CAM data generated by another computing device or a command sequence, in particular an NC program.
  • a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material comprising a beam generating device which is configured to generate at least one energy beam, a scanner device which is configured to irradiate a work area locally selectively with the at least one energy beam in order to produce a component from the powder material arranged in the work area by means of the at least one energy beam, and comprising a control device which is operatively connected to the scanner device and is configured to control the scanner device, wherein the control device is configured to carry out a manufacturing method according to the invention or a manufacturing method according to one or more of the previously described embodiments.
  • the beam-generating device is configured to generate a plurality of energy beams
  • the manufacturing device comprises a plurality of beam-generating devices for generating a plurality of energy beams.
  • a plurality of scanner devices it is possible for a plurality of scanner devices to be provided for the plurality of energy beams.
  • the scanner device it is also possible for the scanner device to be configured to displace a plurality of energy beams—in particular independently of one another—on the work area.
  • the scanner device can comprise a plurality of separately controllable scanners, in particular scanner mirrors, for this purpose.
  • the scanner device preferably comprises 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, for example, a rigid optics system on linear axes.
  • the scanner devices proposed here are particularly suitable for displacing the energy beam within the work area between a plurality of irradiation positions.
  • a working head or processing head that is displaceable relative to the work area is understood here in particular to mean an integrated component of the manufacturing device that has at least one radiation outlet for at least one energy beam, wherein the integrated component, i.e. the working head, is displaceable as a whole along at least one displacement direction, preferably along two mutually perpendicular displacement directions, relative to the work area.
  • a working head In particular, it can be designed as a gantry or can be guided by a robot. In particular, the working head can be designed as a robot hand of a robot.
  • 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 version currently available on the date determining the priority of the present patent.
  • the control device may itself be designed as the planning device or may comprise the planning device.
  • the at least one beam-generating device comprises at least one laser.
  • the at least one energy beam is thus advantageously generated as an intense beam of coherent electromagnetic radiation, in particular coherent light. Irradiation in this respect preferably means exposure.
  • the manufacturing device is preferably configured for selective laser sintering. Alternatively or additionally, the manufacturing device is configured for selective laser melting. These configurations of the manufacturing device have proven particularly advantageous.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of a manufacturing device with a planning device and a schematic representation of a first embodiment of a planning method for planning a locally selective irradiation of a work area with the at least one energy beam, and
  • Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of the planning method.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a manufacturing device 1 with a planning device 3 and a schematic representation of a first embodiment of a planning method.
  • the manufacturing device 1 is configured for the additive manufacture of a component 5 from a powder material 9 arranged in a work area 7 and comprises a beam generation device 11 configured to generate at least one energy beam 13, as well as a scanner device 15 configured to locally selectively irradiate the work area 7 with the at least one energy beam 13 in order to produce the component 5 from the powder material 9 arranged in the work area 7 by means of the at least one energy beam 13. Furthermore, the manufacturing device 1 comprises a control device 17 operatively connected to the scanner device 15 and configured to control the scanner device. The control device 17 is configured to carry out a manufacturing method explained below.
  • the beam generating device 11 preferably has at least one laser or is designed as a laser.
  • the at least one energy beam 13 is thus preferably a laser beam.
  • the manufacturing device 1 is preferably configured for selective laser sintering. Alternatively or additionally, the manufacturing device is configured for selective laser melting.
  • the beam generating device 11 prefferably configured to generate a plurality of energy beams 13, and/or for the manufacturing device 1 to have a plurality of beam generating devices 11 for generating a plurality of energy beams 13. It is also possible for a plurality of scanner devices 15 to be provided for the plurality of energy beams 13. However, it is also possible for the scanner device 15 to be configured to displace a plurality of energy beams 13—in particular independently of one another—on the work area 7. In particular, the scanner device 15 can have a plurality of separately controllable scanners, in particular scanner mirrors, for this purpose.
  • the planning device 3 is designed to plan a locally selective irradiation of the working area 7 with the at least one energy beam 13 in order to use the at least one Energy beam 13 to produce the component 5 from the powder material 9 arranged in the work area 7.
  • the planning device 3 is configured to carry out a planning method explained in more detail below.
  • the planning device 3 can be configured to plan the locally selective irradiation of the work area 7 with a plurality of energy beams 13.
  • the planning device 3 is part of the control device 17 or is integrated into the control device 17.
  • the planning device 3 can also be provided separately from or external to the control device 17, in particular as a separate, in particular independent, computing device.
  • the locally selective irradiation of the working area 7 with the at least one energy beam 13 is generally planned in order to produce the component 5 layer by layer from a plurality of powder material layers 19 of the powder material 9 arranged in a layer sequence in the working area 7 by means of the at least one energy beam 13.
  • a plurality of vector groups 23, each having a plurality of irradiation vectors 25, is defined for at least one working powder material layer 21 of the powder material layers 19, wherein it is checked whether a cross-sectional geometry 27 of the component 5 in the working powder material layer 21 has a vector group interruption 29, wherein a temporal irradiation sequence of the vector groups 23 is determined such that first irradiation vectors 25.1 of different vector groups 23, arranged on a first, common side 31 of the vector group interruption 29, are irradiated before second irradiation vectors 25.2, which are arranged on a second side 33 spaced from the first, common side 31 by the vector group interruption 29.
  • the vector group interruption 29 is provided by a bore 35 in the component 5.
  • the planning method is used in particular for a plurality of working powder material layers 21 of the required for the production of the component, which are applied one after the other in the working area 7 arranged powder material layers 19, particularly preferably for all of these powder material layers 19.
  • the vector groups 23 are formed as stripes in Figure 1. Purely for schematic illustration, two first irradiation vectors 25.1 of a first vector group 23.1 are shown on the first side 31 and two second irradiation vectors 25.2 of a second vector group 23.2 are shown on the second side 33.
  • the vector group interruption 29 is in particular a structure of the cross-sectional geometry 27 of the component 5 to be produced in the working powder material layer - here the bore 35 which requires a geometric distance between boundary vectors 37 adjacent to the vector group interruption 29 - in particular spaced apart from one another along a test direction.
  • the geometric distance is in particular a finite distance, in particular a distance that is greater than an average distance between immediately adjacent irradiation vectors 25 within a vector group 23 comprising at least one of the boundary vectors 37.
  • the boundary vectors 37 in particular directly border the vector group interruption 29.
  • first boundary vector 37.1 on the first side 31 and a second boundary vector 37.2 on the second side 33 wherein the second boundary vector 37.2 is arranged along the test direction - indicated by an arrow PI - which corresponds to a strip direction, i.e., the longitudinal direction, of the assigned vector group 23, at the geometric distance from the first boundary vector 37.1 determined by the vector group interruption 29.
  • the boundary vectors 37 can - as in the second embodiment according to Figure 2 - belong to the same vector group 23, in particular to different sub-vector groups 39 of the same vector group 23, or - as in the first embodiment according to Figure 1 - to different vector groups 23 separated from one another by the vector group interruption 29.
  • the vector groups 23 are defined continuously by the vector group interruption 29. Each vector group 23 is thus uniquely located on exactly one and only one side 31, 33—either entirely on the first side 31 or entirely on the second side 33—of the vector group interruption 29.
  • the boundary vectors 37 are then assigned to different vector groups 23 in each case.
  • the temporal irradiation sequence of the vector groups 23 is determined in particular such that, for example, the first vector groups 23.1 arranged on the first side 31 of the vector group interruption 29 are irradiated before the second vector groups 23.2 arranged on the second side 33 - or vice versa.
  • the temporal irradiation sequence of the vector groups 23 is determined such that immediately adjacent vector groups 23 are irradiated immediately one after the other.
  • FIG. 1 A possible irradiation sequence of the vector groups 23 resulting from the planning process is shown in Figure 1 by means of lower case letters written into the vector groups 23, whereby the vector groups 23 are processed according to the lower case letters assigned to them in the order of the (German) alphabet - from a to t.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the planning method.
  • vector groups 23 interrupted by the vector group interruption 29 are divided into sub-vector groups 39 uninterrupted by the vector group interruption 29.
  • the temporal irradiation sequence of the vector groups 23 is determined such that, for example, first sub-vector groups 39.1 arranged on the first side 31 are irradiated before second sub-vector groups 39.2 arranged on the second side 33 - or vice versa.
  • the temporal irradiation sequence of the vector groups 23 is determined such that immediately adjacent sub-vector groups 39 are irradiated immediately one after the other.
  • the sub-vector groups 39 are grouped into irradiation groups 41 which are irradiated one after the other, wherein the sub-vector groups 39 of a same irradiation group 41 are each arranged on a common side 31, 33 of the vector group interruption 29.
  • Figure 2 shows a very schematic representation of a first irradiation group 41.1, a second irradiation group 41.2, a third irradiation group 41.3 and a fourth irradiation group 41.4, which are preferably processed, for example, in a sequence in which first the first irradiation group 41.1, then the second irradiation group 41.2, then the third irradiation group 41.3 and then the fourth irradiation group 41.4 is irradiated.
  • At least one strip not interrupted by the vector group interruption 29 - for example a transition vector group 23.
  • X specifically marked here - can be processed, in particular between the irradiation of the second irradiation group 41.2 and the third irradiation group 41.3, so that the energy beam 13 can be shifted from the first side 31 to the second side 33 without a jump.
  • the vector groups 23 it is also analogously possible for the vector groups 23 to be grouped into irradiation groups irradiated one after the other in time - not shown in Figure 1 - wherein the vector groups 23 of a same irradiation group are arranged on a common side 31, 33 of the vector group interruption 29.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (7) mit mindestens einem Energiestrahl (13), um mittels des mindestens einen Energiestrahls (13) ein Bauteil (5) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (7) angeordneten Pulvermaterialschichten (19) eines Pulvermaterials (9) herzustellen, wobei - für mindestens eine Arbeits-Pulvermaterialschicht (21) der Pulvermaterialschichten (19) eine Mehrzahl an Vektorgruppen (23) mit jeweils einer Mehrzahl an Bestrahlungsvektoren (25) festgelegt wird, wobei - geprüft wird, ob eine Querschnittsgeometrie des Bauteils (5) in der Arbeits-Pulvermaterialschicht (21) eine Vektorgruppenunterbrechung (29) aufweist, wobei - eine zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen (23) so bestimmt wird, dass auf einer gemeinsamen Seite (31, 33) der Vektorgruppenunterbrechung (29) angeordnete, erste Bestrahlungsvektoren (25.1) verschiedener Vektorgruppen (23) zeitlich vor zweiten Bestrahlungsvektoren (25.2) bestrahlt werden, die auf einer der gemeinsamen Seite (31, 33) durch die Vektorgruppenunterbrechung (29) beabstandeten Seite (31, 33) angeordnet sind, wobei insbesondere - ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs (7) mit dem mindestens einen Energiestrahl (13) erhalten wird.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren und Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, Verfahren und Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial, Computerprogramm und Speichermedium
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
In Verfahren zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial durch lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl ist typischerweise vorgesehen, dass die Bestrahlung des Arbeitsbereichs durch sukzessives Verlagern des mindestens einen Energiestrahls entlang von Bestrahlungsvektoren erfolgt, die in Vektorgruppen gruppiert sind, wobei die Bestrahlungsvektoren gruppenweise abgearbeitet werden. Bei komplexeren Geometrien können Vektorgruppenunterbrechungen auftreten, wenn beispielsweise ein Teil einer Vektorgruppe von einem anderen Teil derselben Vektorgruppe - oder auch ein erste Vektorgruppe von einer zweiten Vektorgruppe - durch eine Aussparung des herzustellenden Bauteils getrennt ist. Dies führt dazu, dass eine für die Verlagerung des mindestens einen Energiestrahls vorgesehene Scannervorrichtung einen sogenannten Sprung ausführen muss, wobei ein Teil der Verlagerung der Scannervorrichtung mit abgeschaltetem oder ausgeblendetem Energiestrahl erfolgt, um nicht das auf dem Gebiet der Aussparung angeordnete Pulvermaterial zu bestrahlen und damit zu verfestigen. Da die während der Ausführung des Sprungs verstreichende Sprungzeit für die eigentliche Herstellung des Bauteils verloren ist, ist der Sprung unproduktiv und führt zu einer unwirtschaftlich hohen Gesamt-Herstellungszeit für das Bauteil. Je nach Bauteilgeometrie können sich eine erhebliche Anzahl solcher unproduktiver Sprungzeiten ergeben. Problematisch ist außerdem, dass lange Sprünge zu einem unklaren Abkühlverhalten des Pulvermaterials führen, was die Qualität der hergestellten Bauteile nachteilig herabsetzen kann. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise vermieden werden.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird in einem ersten Aspekt insbesondere gelöst, indem ein - im Folgenden als Planungsverfahren bezeichnetes - Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, um mittels des mindestens einen Energiestrahls ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen, geschaffen wird, wobei
- für mindestens eine Arbeits-Pulvermaterialschicht der Pulvermaterialschichten eine Mehrzahl an Vektorgruppen mit jeweils einer Mehrzahl an Bestrahlungsvektoren festgelegt wird, wobei
- geprüft wird, ob eine Querschnittsgeometrie des Bauteils in der Arbeits- Pulvermaterialschicht eine Vektorgruppenunterbrechung aufweist, wobei eine zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen so bestimmt wird, dass auf einer gemeinsamen Seite der Vektorgruppenunterbrechung angeordnete, erste Bestrahlungsvektoren verschiedener Vektorgruppen zeitlich vor zweiten Bestrahlungsvektoren bestrahlt werden, die auf einer der gemeinsamen Seite durch die Vektorgruppenunterbrechung beabstandeten Seite angeordnet sind.
Vorteilhaft erfolgt bei dem hier vorgeschlagenen Planungsverfahren eine Verbesserung oder Optimierung der zeitlichen Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen derart, dass insbesondere lange Sprünge vermieden werden. Zugleich werden damit die mit derartigen Sprüngen verbundenen Nachteile, sowohl mit Blick auf die Herstellungszeit als auch mit Blick auf das Abkühlverhalten, zumindest reduziert, vorzugsweise vermieden.
Insbesondere wird - insbesondere als Ergebnis oder Produkt des Planungsverfahrens - ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit dem Energiestrahl in der mindestens einen Pulvermaterialschicht erhalten.
Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird unter einer Vektorgruppenunterbrechung insbesondere eine Struktur der Querschnittsgeometrie des herzustellenden Bauteils in der Arbeits- Pulvermaterialschicht verstanden, die einen geometrischen Abstand zwischen - insbesondere entlang einer Prüfrichtung voneinander beabstandeten - an die Vektorgruppenunterbrechung angrenzenden Grenzvektoren bedingt. Der geometrische Abstand ist dabei insbesondere ein endlicher Abstand, insbesondere ein Abstand, der größer ist als ein mittlerer Abstand zwischen einander unmittelbar benachbarten Bestrahlungsvektoren innerhalb einer zumindest einen der Grenzvektoren umfassenden Vektorgruppe. Unter Grenzvektoren werden Bestrahlungsvektoren verstanden, die unmittelbar an die Vektorgruppenunterbrechung angrenzen. Die Grenzvektoren können dabei zu derselben Vektorgruppe, insbesondere zu verschiedenen Sub -Vektorgrupp en derselben Vektorgruppe, oder zu verschiedenen, durch die Vektorgruppenunterbrechung voneinander getrennten Vektorgruppen gehören.
Für Bestrahlungsvektoren einer Vektorgruppe ist insbesondere eine zeitliche Bestrahlungsreihenfolge festgelegt, in der die Bestrahlungsvektoren innerhalb der Vektorgruppe nacheinander abgearbeitet werden. Zugleich wird auch - zumindest versuchsweise zunächst - eine initiale zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der verschiedenen Vektorgruppen festgelegt, sodass auch insoweit feststeht, welcher erste Bestrahlungsvektor einer nachfolgenden Vektorgruppe nach einem letzten Bestrahlungsvektor einer vorausgehenden Vektorgruppe bestrahlt wird. Die derart festgelegte zeitliche Bestrahlungsreihenfolge definiert zugleich eine geometrische Abarbeitungsrichtung auf dem Arbeitsbereich, entlang derer die zeitlich nacheinander abgearbeiteten Bestrahlungsvektoren hintereinander abgearbeitet werden. Die Prüfrichtung entspricht bevorzugt dieser Abarbeitungsrichtung. Somit wird insbesondere geprüft, ob entlang der Prüfrichtung und damit zugleich innerhalb der zeitlichen Bestrahlungsreihenfolge ein geometrischer Abstand zwischen zwei Bestrahlungsvektoren übersprungen werden muss, der größer ist als der mittlere Abstand zwischen einander unmittelbar benachbarten Bestrahlungsvektoren einer Vektorgruppe, wobei, wenn ein solcher geometrischer Abstand zwischen zwei Bestrahlungsvektoren festgestellt wird, diese beiden Bestrahlungsvektoren Grenzvektoren sind, zwischen denen eine Vektorgruppenunterbrechung festgestellt wird. Die zunächst initial festgelegte zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen wird dann geändert, indem die neue, erfindungsgemäße zeitliche Bestrahlungsreihenfolge derart bestimmt wird, dass auf einer gemeinsamen Seite der Vektorgruppenunterbrechung angeordnete, erste Bestrahlungsvektoren verschiedener Vektorgruppen zeitlich vor zweiten Bestrahlungsvektoren bestrahlt werden, die auf einer der gemeinsamen Seite durch die Vektorgruppenunterbrechung beabstandeten Seite angeordnet sind, insbesondere selbst dann, wenn die zweiten Bestrahlungsvektoren zumindest teilweise einer selben Vektorgruppe angehören wie ein Teil der ersten Bestrahlungsvektoren.
Die der gemeinsamen Seite beabstandete Seite ist insbesondere eine entlang der Prüfrichtung - über die Vektorgruppenunterbrechung hinweg - der gemeinsamen Seite gegenüberliegende Seite.
Eine Vektorgruppenunterbrechung kann beispielsweise durch eine Bohrung, eine - optional auch randoffene - Aussparung des Bauteils, einen Winkel oder eine Krümmung in der Querschnittsgeometrie des Bauteils, oder allgemein durch einen konkaven Bereich der Bauteilgeometrie in der Arbeits-Pulvermaterialschicht gegeben sein.
Unter einem additiven oder generativen Fertigen oder Herstellen eines Bauteils wird insbesondere ein schichtweises Aufbauen eines Bauteils aus Pulvermaterial verstanden, insbesondere ein pulverbett-basiertes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in einem Pulverbett, insbesondere ein Fertigungsverfahren, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintern, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), einem selektiven Elektronenstrahlschmelzen ((Selective) Electron Beam Melting - (S)EBM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die Fertigungsvorrichtung ist demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten additiven oder generativen Fertigungsverfahren. Der mindestens eine Energiestrahl ist insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem elektromagnetischen Strahl, insbesondere einem optischen Arbeitsstrahl, insbesondere einem Laserstrahl, und einem Teilchenstrahl, insbesondere einem Elektronenstrahl. Der mindestens eine Energiestrahl kann kontinuierlich oder gepulst sein, insbesondere kontinuierliche Laserstrahlung oder gepulste Laserstrahlung. In einer Ausführungsform sind alle Energiestrahlen Laserstrahlen.
Insbesondere kann im Rahmen des Planungsverfahrens eine lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen geplant werden, um mittels der Mehrzahl an Energiestrahlen ein Bauteil oder mehrere Bauteile schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen.
Unter einem Bestrahlungsvektor wird insbesondere eine kontinuierliche, vorzugsweise lineare Verlagerung des Energiestrahls über eine bestimmte Strecke mit bestimmter Verlagerungsrichtung verstanden. Der Bestrahlungsvektor schließt insbesondere die Richtung oder Orientierung der Verlagerung, das heißt die Vektorausrichtung, ein. Der Bestrahlungsvektor muss nicht als Geradenab schnitt ausgebildet sein, vielmehr kann ein Bestrahlungsvektor auch einer zumindest bereichsweise gekrümmten Linie oder Kurve folgen. Insbesondere wird unter einem Bestrahlungsvektor eine entsprechende Anweisung zur Ansteuerung einer zur Verlagerung des Energiestrahls vorgesehenen Scannervorrichtung verstanden.
Unter einer Abarbeitung eines Bestrahlungsvektors wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass eine Ansteuerung der Scannervorrichtung und/oder eine tatsächliche Verlagerung des Energiestrahls in dem Arbeitsbereich in Übereinstimmung mit der durch den Bestrahlungsvektor gegebenen Definition durchgeführt wird.
Bevorzugt wird das Verfahren für eine Mehrzahl an Arbeits-Pulvermaterialschichten der zur Herstellung des Bauteils erforderlichen, sukzessive in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten durchgeführt, besonders bevorzugt für alle Pulvermaterialschichten. Dies bedeutet insbesondere, dass bevorzugt jede Pulvermaterialschicht im Rahmen des Verfahrens als Arbeits-Pulvermaterialschicht behandelt wird. Dies kann - je nach konkreter Umsetzung des Planungsverfahrens auf einer Rechenvorrichtung - sukzessive nacheinander, oder zumindest teilweise gleichzeitig erfolgen. Eine Optimierung der Bestrahlung kann auch eine zyklische oder iterative Behandlung der Pulvermaterialschichten als Arbeits-Pulvermaterialschichten in dem Verfahren vorsehen.
Insbesondere wird der Bestrahlungsplan als ein Datensatz für eine Ansteuerung einer Fertigungsvorrichtung, insbesondere einer im Folgenden noch beschriebenen erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung oder einer Fertigungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen, zum additiven Fertigen eines Bauteils aus dem Pulvermaterial erhalten. Unabhängig davon, ob das Verfahren auf einer separat zu einer Fertigungsvorrichtung angeordneten Planungsvorrichtung oder auf der Fertigungsvorrichtung selbst durchgeführt wird, wird der Bestrahlungsplan auf diese Weise in einfach handhabbarer, insbesondere maschinenlesbarer Form erhalten. Insbesondere ist es bevorzugt auch möglich, den als Datensatz erhaltenen Bestrahlungsplan zu exportieren und unabhängig von einer bestimmten Vorrichtung, beispielsweise verkörpert auf einem Datenträger oder virtuell über ein Netzwerk, zu transportieren, insbesondere zu übertragen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vektorgruppen durch die Vektorgruppenunterbrechung ununterbrochen festgelegt werden. Dies bedeutet insbesondere, dass die Vektorgruppen derart festgelegt werden, dass sie stets eindeutig auf einer Seite der Vektorgruppenunterbrechung liegen. Die Grenzvektoren sind dann in jedem Fall verschiedenen Vektorgruppen zugeordnet. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Bestimmung der zeitlichen Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen erfolgen.
Alternativ ist vorgesehen, dass durch die Vektorgruppenunterbrechung unterbrochene Vektorgruppen in durch die Vektorgruppenunterbrechung ununterbrochene Sub-Vektorgruppen geteilt werden. Dies bedeutet insbesondere, dass bei der Gruppierung der Bestrahlungsvektoren in die Vektorgruppen zunächst etwaige Vektorgruppenunterbrechungen nicht berücksichtigt werden, wobei dann später eine geeignete Unterteilung der Vektorgruppen in die durch die Vektorgruppenunterbrechung ununterbrochenen Sub-Vektorgruppen vorgenommen wird. Die Grenzvektoren können dann einer selben Vektorgruppe, jedoch verschiedenen Sub- Vektorgruppen dieser selben Vektorgruppe zugeordnet sein. Vorteilhaft ermöglicht dies eine besonders einfache Definition der Vektorgruppen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen so bestimmt wird, dass auf einer gemeinsamen Seite der Vektorgruppenunterbrechung angeordnete erste Vektorgruppen zeitlich vor zweiten Vektorgruppen bestrahlt werden, die auf einer der gemeinsamen Seite durch die Vektorgruppenunterbrechung beabstandeten Seite angeordnet sind. Insbesondere auf diese Weise werden vorteilhaft sehr effizient Sprünge über die Vektorgruppenunterbrechung vermieden.
In einer Ausführungsform werden die Vektorgruppen in zeitlich nacheinander bestrahlte Bestrahlungsgruppen gruppiert, wobei die Vektorgruppen einer selben Bestrahlungsgruppe auf einer gemeinsamen Seite der Vektorgruppenunterbrechung angeordnet sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen so bestimmt wird, dass auf einer gemeinsamen Seite der Vektorgruppenunterbrechung angeordnete erste Sub-Vektorgruppen zeitlich vor zweiten Sub- Vektorgruppen bestrahlt werden, die auf einer der gemeinsamen Seite durch die Vektorgruppenunterbrechung beabstandeten Seite angeordnet sind. Auch auf diese Weise werden vorteilhaft sehr effizient Sprünge über die Vektorgruppenunterbrechung vermieden.
In einer Ausführungsform werden die Sub-Vektorgruppen in zeitlich nacheinander bestrahlte Bestrahlungsgruppen gruppiert, wobei die Sub-Vektorgruppen einer selben Bestrahlungsgruppe auf einer gemeinsamen Seite der Vektorgruppenunterbrechung angeordnet sind.
Die Festlegung der zeitlichen Bestrahlungsreihenfolge kann also einerseits auf der- weiter oberen - hierarchischen Ebene der Vektorgruppen oder andererseits auf der - weiter unteren - hierarchischen Ebene der Sub-Vektorgruppen erfolgen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vektorgruppen als Streifen festgelegt werden. Dies stellt eine besonders einfache und zugleich geeignete Definition der Vektorgruppen dar. Die Bestrahlungsvektoren innerhalb einer als Streifen ausgebildeten Vektorgruppe sind dabei bevorzugt lineare Vektoren, die senkrecht zu einer Streifenrichtung des jeweiligen Streifens ausgerichtet sind, wobei sie zueinander parallel oder wechselweise antiparallel orientiert sein können. Ein solcher Streifen ist insbesondere entlang der Streifenrichtung länger als es der Vektorlänge der einzelnen Bestrahlungsvektoren entspricht. Die Vektorlänge der einzelnen Bestrahlungsvektoren ist dabei insbesondere zugleich eine Breitenrichtung des Streifens, während die Streifenrichtung eine Längsrichtung des Streifens ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen so bestimmt wird, dass einander unmittelbar benachbarte Vektorgruppen zeitlich unmittelbar nacheinander bestrahlt werden. Insbesondere auf diese Weise werden vorteilhaft längere, unproduktive Sprünge vermieden.
Alternativ ist vorgesehen, dass die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen so bestimmt wird, dass einander unmittelbar benachbarte Sub-Vektorgruppen zeitlich unmittelbar nacheinander bestrahlt werden. Auch auf diese Weise werden vorteilhaft längere, unproduktive Sprünge vermieden.
Die Aufgabe wird in einem zweiten Aspekt insbesondere auch gelöst, indem ein - im Folgenden als Fertigungsverfahren bezeichnetes - Verfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines mithilfe eines erfindungsgemäßen Planungsverfahrens oder eines Planungsverfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, um das Bauteil mittels des mindestens einen Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials herzustellen, und Fertigen des Bauteils gemäß dem Bestrahlungsplan. In Zusammenhang mit dem Fertigungsverfahren ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren erläutert wurden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsplan bereitgestellt wird, indem ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird. Somit umfasst das Fertigungsverfahren zugleich auch - insbesondere in Form von der eigentlichen Fertigung vorgelagerten Schritten - das Planungsverfahren.
Als der Energiestrahl wird vorzugsweise ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl verwendet.
Vorzugsweise wird das Bauteil mittels selektiven Lasersinterns und/oder selektiven Laserschmelzens gefertigt.
Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden.
Die Aufgabe wird in einem dritten Aspekt insbesondere auch gelöst, indem ein Computerprogramm geschaffen wird, umfassend - maschinenlesbare - Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, oder ein erfindungsgemäßes Fertigungsverfahren oder ein Fertigungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer Rechenvorrichtung, insbesondere einer Planungsvorrichtung oder einer Steuervorrichtung einer Fertigungsvorrichtung, läuft. In Zusammenhang mit dem Computerprogramm ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren oder dem Fertigungsverfahren erläutert wurden.
Die Aufgabe wird in einem vierten Aspekt insbesondere auch gelöst, indem ein maschinenlesbares Speichermedium geschaffen wird, umfassend ein erfindungsgemäßes Computerprogramm oder ein Computerprogramm nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit dem Speichermedium ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Fertigungsverfahren oder dem Computerprogramm erläutert wurden.
Die Aufgabe wird in einem fünften Aspekt insbesondere auch gelöst, indem eine Planungsvorrichtung zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit mindestens einem Energiestrahl, um mittels des mindestens einen Energiestrahls ein Bauteil aus einem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen, geschaffen wird, wobei die Planungsvorrichtung eingerichtet ist, um ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. In Zusammenhang mit der Planungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Fertigungsverfahren, dem Computerprogramm oder dem Speichermedium erläutert wurden.
Insbesondere kann die Planungsvorrichtung eingerichtet sein, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen zu planen.
In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung ausgebildet als eine Vorrichtung, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board.
Insbesondere kann die Planungsvorrichtung extern oder separat zu einer Fertigungsvorrichtung vorgesehen sein, wobei durch die Planungsvorrichtung vorzugsweise ein Datensatz erstellt wird, der dann in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines Datenträgers oder über ein Netzwerk, insbesondere über das Internet, oder über eine andere geeignete drahtlose oder kabelgebundene Übermittlungsform, an eine Fertigungsvorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung einer Fertigungsvorrichtung, übermittelt wird. Beispielsweise ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung aus CAD-Daten CAM-Daten, das heißt insbesondere einen Befehlsablauf, insbesondere ein NC-Programm, zur Steuerung der Fertigungsvorrichtung generiert, wobei dieser Befehlsablauf dann an die Fertigungsvorrichtung zu deren Steuerung übermittelt wird. Auch ist es möglich, dass der Planungsvorrichtung CAD-Daten eines Bauteils übergeben werden, wobei die Planungsvorrichtung hieraus den Befehlsablauf für die Fertigungsvorrichtung generiert. Die Planungsvorrichtung kann aber auch in eine Fertigungsvorrichtung integriert sein. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung in die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung integriert sein, oder die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung kann als Planungsvorrichtung ausgebildet sein, insbesondere durch Vorsehen einer geeigneten Hardwarekomponente und/oder durch Implementieren eines geeigneten Computerprogrammprodukts, insbesondere einer Software. Beispielsweise ist es möglich, dass der Fertigungsvorrichtung dann CAD-Daten eines herzustellenden Bauteils übergeben werden, wobei die Fertigungsvorrichtung selbst, insbesondere die in die Steuervorrichtung implementierte Planungsvorrichtung, aus den CAD-Daten entsprechende CAM-Daten beziehungsweise einen Befehlsablauf zur Steuerung der Fertigungsvorrichtung generiert. Es ist aber auch möglich, dass die Planungsvorrichtung eine Mehrzahl an Rechenvorrichtungen umfasst, wobei sie insbesondere physisch verteilt ausgebildet ist. Bevorzugt umfasst die Planungsvorrichtung dann eine Mehrzahl miteinander vernetzter Rechenvorrichtungen. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung als Datenwolke oder sogenannte Cloud ausgebildet sein, oder die Planungsvorrichtung ist Teil einer Datenwolke oder Cloud. Es ist in bevorzugter Ausgestaltung auch möglich, dass die Planungsvorrichtung einerseits mindestens eine zu der Fertigungsvorrichtung externe Rechenvorrichtung und andererseits die Fertigungsvorrichtung, insbesondere die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung, umfasst, wobei dann durch die Planungsvorrichtung durchgeführte Schritte teilweise auf der externen Rechenvorrichtung und teilweise auf der Fertigungsvorrichtung, insbesondere auf der Steuervorrichtung, durchgeführt werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Planungsvorrichtung nicht die vollständige Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, sondern nur Teile hiervon; insbesondere ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung nur denjenigen Teil der Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, der sich auf die zuvor beschriebenen Schritte und/oder Festlegungen bezieht. Andere Teile der Planung der lokal selektiven Bestrahlung können dagegen in anderen Rechenvorrichtungen, insbesondere in zu der Fertigungsvorrichtung externen Rechenvorrichtung, oder auch in der Fertigungsvorrichtung selbst, insbesondere deren Steuervorrichtung, oder aber auch in einer Datenwolke oder Cloud, durchgeführt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung von einer anderen Rechenvorrichtung erzeugte CAM-Daten oder einen Befehlsablauf, insbesondere ein NC-Programm, verändert, anpasst oder korrigiert.
Die Aufgabe wird in einem sechsten Aspekt insbesondere auch gelöst, indem eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, mit einer Strahlerzeugungsvorrichtung, die eingerichtet ist zum Erzeugen mindestens eines Energiestrahls, einer Scannervorrichtung, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich lokal selektiv mit dem mindestens einen Energiestrahl zu bestrahlen, um mittels des mindestens einen Energiestrahls ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen, und mit einer Steuervorrichtung, die mit der Scannervorrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung anzusteuern, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens oder eines Fertigungsverfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
In Zusammenhang mit der Fertigungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Fertigungsverfahren, dem Computerprogramm, dem Speichermedium oder der Planungsvorrichtung erläutert wurden.
Bei einer Ausführungsform ist die Strahlerzeugungsvorrichtung eingerichtet, um eine Mehrzahl an Energie strahl en zu erzeugen, und/oder die Fertigungsvorrichtung weist eine Mehrzahl an Strahlerzeugungsvorrichtungen zur Erzeugung einer Mehrzahl an Energie strahl en auf. Es ist möglich, dass für die Mehrzahl an Energiestrahlen eine Mehrzahl an Scannervorrichtungen vorgesehen sind. Es ist aber auch möglich, dass die Scannervorrichtung eingerichtet ist, um eine Mehrzahl an Energie strahl en - insbesondere unabhängig voneinander - auf dem Arbeitsbereich zu verlagern. Insbesondere kann die Scannervorrichtung hierfür eine Mehrzahl an separat ansteuerbaren Scannern, insbesondere Scannerspiegeln, aufweisen.
Die Scannervorrichtung weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf, bspw. eine starre Optik auf Linearachsen. Die hier vorgeschlagenen Scannervorrichtungen sind in besonderer Weise geeignet, den Energiestrahl innerhalb des Arbeitsbereichs zwischen einer Mehrzahl an Bestrahlungspositionen zu verlagern.
Unter einem relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf wird hier insbesondere ein integriertes Bauteil der Fertigungsvorrichtung verstanden, welches mindestens einen Strahlungsauslass für mindestens einen Energiestrahl aufweist, wobei das integrierte Bauteil, das heißt der Arbeitskopf, als Ganzes entlang zumindest einer Verlagerungsrichtung, vorzugsweise entlang zweier senkrecht aufeinander stehenden Verlagerungsrichtungen, relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbar ist. Ein solcher Arbeitskopf kann insbesondere in Portalbauweise ausgebildet sein oder von einem Roboter geführt werden. Insbesondere kann der Arbeitskopf als Roboterhand eines Roboters ausgebildet sein.
Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung eine RTC5- oder RTC6- Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.
Die Steuervorrichtung kann selbst als die Planungsvorrichtung ausgebildet sein oder die Planungsvorrichtung aufweisen.
Bevorzugt weist die mindestens eine Strahlerzeugungsvorrichtung mindestens einen Laser auf. Der mindestens eine Energiestrahl wird somit vorteilhaft als intensiver Strahl kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt. Bestrahlung bedeutet insoweit bevorzugt Belichtung.
Die Fertigungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintern. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungsvorrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen. Diese Ausgestaltungen der Fertigungsvorrichtung haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung mit einer Planungsvorrichtung und eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Planungsverfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit dem mindestens einen Energiestrahl, und
Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Planungsverfahrens. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung 1 mit einer Planungsvorrichtung 3 und eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Planungsverfahrens.
Die Fertigungsvorrichtung 1 ist eingerichtet zum additiven Fertigen eines Bauteils 5 aus einem in einem Arbeitsbereich 7 angeordneten Pulvermaterials 9 und weist eine Strahlerzeugungsvorrichtung 11 auf, die eingerichtet ist zum Erzeugen von mindestens einem Energiestrahl 13, außerdem eine Scannervorrichtung 15, die eingerichtet ist, um den Arbeitsbereich 7 lokal selektiv mit dem mindestens einen Energiestrahl 13 zu bestrahlen, um mittels des mindestens einen Energiestrahls 13 das Bauteil 5 aus dem in dem Arbeitsbereich 7 angeordneten Pulvermaterial 9 herzustellen. Weiter weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine Steuervorrichtung 17 auf, die mit der Scannervorrichtung 15 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung anzusteuern. Die Steuervorrichtung 17 ist eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden erläuterten Fertigungsverfahrens.
Bevorzugt weist die Strahlerzeugungsvorrichtung 11 mindestens einen Laser auf oder ist als Laser ausgebildet. Der mindestens eine Energiestrahl 13 ist somit bevorzugt ein Laserstrahl. Die Fertigungsvorrichtung 1 ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintern. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungsvorrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen.
Es ist möglich, dass die Strahlerzeugungsvorrichtung 11 eingerichtet ist, um eine Mehrzahl an Energie strahl en 13 zu erzeugen, und/oder die Fertigungsvorrichtung 1 weist eine Mehrzahl an Strahl erzeugungsvorrichtungen 11 zur Erzeugung einer Mehrzahl an Energiestrahlen 13 auf. Es ist auch möglich, dass für die Mehrzahl an Energie strahl en 13 eine Mehrzahl an Scannervorrichtungen 15 vorgesehen sind. Es ist aber auch möglich, dass die Scannervorrichtung 15 eingerichtet ist, um eine Mehrzahl an Energiestrahlen 13 - insbesondere unabhängig voneinander - auf dem Arbeitsbereich 7 zu verlagern. Insbesondere kann die Scannervorrichtung 15 hierfür eine Mehrzahl an separat ansteuerbaren Scannern, insbesondere Scannerspiegeln, aufweisen.
Die Planungsvorrichtung 3 ist eingerichtet zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 7 mit dem mindestens einem Energiestrahl 13, um mittels des mindestens einen Energiestrahls 13 das Bauteil 5 aus dem in dem Arbeitsbereich 7 angeordneten Pulvermaterial 9 herzustellen. Insbesondere ist die Planungsvorrichtung 3 eingerichtet, um ein im Folgenden näher erläutertes Planungsverfahren durchzuführen. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung 3 eingerichtet sein, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 7 mit einer Mehrzahl an Energie strahl en 13 zu planen.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Planungsvorrichtung 3 Teil der Steuervorrichtung 17 oder in die Steuervorrichtung 17 integriert. Die Planungsvorrichtung 3 kann aber auch separat von oder extern zu der Steuervorrichtung 17 vorgesehen sein, insbesondere als separate, insbesondere eigenständige Rechenvorrichtung.
Im Rahmen des Planungsverfahrens wird allgemein die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 7 mit dem mindestens einen Energiestrahl 13 geplant, um mittels des mindestens einen Energiestrahls 13 das Bauteil 5 schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich 7 angeordneten Pulvermaterialschichten 19 des Pulvermaterials 9 herzustellen. Dabei wird für mindestens eine Arbeits-Pulvermaterialschicht 21 der Pulvermaterialschichten 19 eine Mehrzahl an Vektorgruppen 23 mit jeweils einer Mehrzahl an Bestrahlungsvektoren 25 festgelegt, wobei geprüft wird, ob eine Querschnittsgeometrie 27 des Bauteils 5 in der Arbeits-Pulvermaterialschicht 21 eine Vektorgruppenunterbrechung 29 aufweist, wobei eine zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen 23 so bestimmt wird, dass auf einer ersten, gemeinsamen Seite 31 der Vektorgruppenunterbrechung 29 angeordnete, erste Bestrahlungsvektoren 25.1 verschiedener Vektorgruppen 23 zeitlich vor zweiten Bestrahlungsvektoren 25.2 bestrahlt werden, die auf einer der ersten, gemeinsamen Seite 31 durch die Vektorgruppenunterbrechung 29 beabstandeten, zweiten Seite 33 angeordnet sind.
Vorteilhaft können damit lange, unproduktive Sprünge der Scannervorrichtung 15 bzw. des Energiestrahls 13 vermieden werden.
Die Vektorgruppenunterbrechung 29 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Bohrung 35 des Bauteils 5 gegeben.
Das Planungsverfahren wird insbesondere für eine Mehrzahl an Arbeits-Pulvermaterialschichten 21 der zur Herstellung des Bauteils erforderlichen, zeitlich nacheinander in dem Arbeitsbereich 7 angeordneten Pulvermaterialschichten 19 durchgeführt, besonders bevorzugt für alle diese Pulvermaterialschichten 19.
Die Vektorgruppen 23 sind in Figur 1 als Streifen ausgebildet. Rein zur schematischen Verdeutlichung sind beispielhaft zwei erste Bestrahlungsvektoren 25.1 einer ersten Vektorgruppe 23.1 auf der ersten Seite 31 und zwei zweite Bestrahlungsvektoren 25.2 einer zweiten Vektorgruppe 23.2 auf der zweiten Seite 33 dargestellt.
Die Vektorgruppenunterbrechung 29 ist insbesondere eine Struktur der Querschnittsgeometrie 27 des herzustellenden Bauteils 5 in der Arbeits-Pulvermaterialschicht - hier die Bohrung 35 die einen geometrischen Abstand zwischen - insbesondere entlang einer Prüfrichtung voneinander beabstandeten - an die Vektorgruppenunterbrechung 29 angrenzenden Grenzvektoren 37 bedingt. Der geometrische Abstand ist dabei insbesondere ein endlicher Abstand, insbesondere ein Abstand, der größer ist als ein mittlerer Abstand zwischen einander unmittelbar benachbarten Bestrahlungsvektoren 25 innerhalb einer zumindest einen der Grenzvektoren 37 umfassenden Vektorgruppe 23. Die Grenzvektoren 37 grenzen insbesondere unmittelbar an die Vektorgruppenunterbrechung 29 an. Dargestellt sind hier ein erster Grenzvektor 37.1 auf der ersten Seite 31 und ein zweiter Grenzvektor 37.2 auf der zweiten Seite 33, wobei der zweite Grenzvektor 37.2 entlang der - durch einen Pfeil PI angedeuteten - Prüfrichtung, die einer Streifenrichtung, das heißt Längsrichtung, der zugeordneten Vektorgruppe 23 entspricht, in dem durch die Vektorgruppenunterbrechung 29 bestimmten geometrischen Abstand zu dem ersten Grenzvektor 37.1 angeordnet ist. Die Grenzvektoren 37 können - wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 - zu derselben Vektorgruppe 23, insbesondere zu verschiedenen Sub-Vektorgruppen 39 derselben Vektorgruppe 23, oder - wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 - zu verschiedenen, durch die Vektorgruppenunterbrechung 29 voneinander getrennten Vektorgruppen 23 gehören.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Vektorgruppen 23 durch die Vektorgruppenunterbrechung 29 ununterbrochen festgelegt. Jede Vektorgruppe 23 liegt somit eindeutig auf genau einer und nur einer Seite 31, 33 - entweder vollständig auf der ersten Seite 31 oder vollständig auf der zweiten Seite 33 - der Vektorgruppenunterbrechung 29. Die Grenzvektoren 37 sind dann in jedem Fall verschiedenen Vektorgruppen 23 zugeordnet. Die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen 23 wird insbesondere so bestimmt, dass beispielsweise die auf der ersten Seite 31 der Vektorgruppenunterbrechung 29 angeordneten ersten Vektorgruppen 23.1 zeitlich vor den zweiten Vektorgruppen 23.2 bestrahlt werden, die auf der zweiten Seite 33 angeordnet sind - oder umgekehrt.
Bevorzugt wird die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen 23 so bestimmt, dass einander unmittelbar benachbarte Vektorgruppen 23 zeitlich unmittelbar nacheinander bestrahlt werden.
Eine sich im Rahmen des Planungsverfahrens ergebende, mögliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen 23 ist in Figur 1 mittels jeweils in die Vektorgruppen 23 eingeschriebenen Kleinbuchstaben dargestellt, wobei die Vektorgruppen 23 entsprechend der ihnen zugeordneten Kleinbuchstaben in der Reihenfolge des (deutschen) Alphabets - von a bis t - abgearbeitet werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Planungsverfahrens.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden durch die Vektorgruppenunterbrechung 29 unterbrochene Vektorgruppen 23 in durch die Vektorgruppenunterbrechung 29 ununterbrochene Sub-Vektorgruppen 39 geteilt.
Dabei wird die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen 23 so bestimmt, dass beispielsweise auf der ersten Seite 31 angeordnete erste Sub-Vektorgruppen 39.1 zeitlich vor zweiten Sub-Vektorgruppen 39.2 bestrahlt werden, die auf der zweiten Seite 33 angeordnet sind - oder umgekehrt.
Bevorzugt wird die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen 23 so bestimmt, dass einander unmittelbar benachbarte Sub-Vektorgruppen 39 zeitlich unmittelbar nacheinander bestrahlt werden. Hier ist dargestellt, dass die Sub-Vektorgruppen 39 in zeitlich nacheinander bestrahlte Bestrahlungsgruppen 41 gruppiert werden, wobei die Sub-Vektorgruppen 39 einer selben Bestrahlungsgruppe 41 jeweils auf einer gemeinsamen Seite 31, 33 der Vektorgruppenunterbrechung 29 angeordnet sind.
Äußerst schematisch sind in Figur 2 eine erste Bestrahlungsgruppe 41.1, eine zweite Bestrahlungsgruppe 41.2, eine dritte Bestrahlungsgruppe 41.3 und eine vierte Bestrahlungsgruppe 41.4 dargestellt, die bevorzugt beispielsweise in einer Reihenfolge abgearbeitet werden, bei der zuerst die erste Bestrahlungsgruppe 41.1, dann die zweite Bestrahlungsgruppe 41.2, dann die dritte Bestrahlungsgruppe 41.3 und danach die vierte Bestrahlungsgruppe 41.4 bestrahlt wird. Um zusätzlich in besonders optimaler Weise Sprünge über die Vektorgruppenunterbrechung 29 zu vermeiden, kann insbesondere zwischen der Bestrahlung der zweiten Bestrahlungsgruppe 41.2 und der dritten Bestrahlungsgruppe 41.3 mindestens ein nicht durch die Vektorgruppenunterbrechung 29 unterbrochener Streifen - beispielsweise eine hier speziell gekennzeichnete Transitions- Vektorgruppe 23. X - abgearbeitet werden, sodass der Energiestrahl 13 gleichsam ohne Sprung von der ersten Seite 31 auf die zweite Seite 33 verlagert werden kann.
Auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist es analog möglich, dass die Vektorgruppen 23 in zeitlich nacheinander bestrahlte - in Figur 1 nicht dargestellte - Bestrahlungsgruppen gruppiert werden, wobei die Vektorgruppen 23 einer selben Bestrahlungsgruppe auf einer gemeinsamen Seite 31, 33 der Vektorgruppenunterbrechung 29 angeordnet sind.
Im Rahmen einer Ausführungsform eines Fertigungsverfahrens zum additiven Fertigen des Bauteils 5 aus dem Pulvermaterial 9 wird ein mithilfe des Planungsverfahrens oder eines Planungsverfahrens - insbesondere gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel - erhaltener Bestrahlungsplan bereitgestellt, und das Bauteil 5 wird gemäß dem Bestrahlungsplan gefertigt.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (7) mit mindestens einem Energiestrahl (13), um mittels des mindestens einen Energiestrahls (13) ein Bauteil (5) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (7) angeordneten Pulvermaterialschichten (19) eines Pulvermaterials (9) herzustellen, wobei
- für mindestens eine Arbeits-Pulvermaterialschicht (21) der Pulvermaterialschichten (19) eine Mehrzahl an Vektorgruppen (23) mit jeweils einer Mehrzahl an Bestrahlungsvektoren (25) festgelegt wird, wobei
- geprüft wird, ob eine Querschnittsgeometrie des Bauteils (5) in der Arbeits- Pulvermaterialschicht (21) eine Vektorgruppenunterbrechung (29) aufweist, wobei eine zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen (23) so bestimmt wird, dass auf einer gemeinsamen Seite (31, 33) der Vektorgruppenunterbrechung (29) angeordnete, erste Bestrahlungsvektoren (25.1) verschiedener Vektorgruppen (23) zeitlich vor zweiten Bestrahlungsvektoren (25.2) bestrahlt werden, die auf einer der gemeinsamen Seite (31, 33) durch die Vektorgruppenunterbrechung (29) beabstandeten Seite (31, 33) angeordnet sind, wobei insbesondere ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs (7) mit dem mindestens einen Energiestrahl (13) erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vektorgruppen (23) durch die Vektorgruppenunterbrechung (29) ununterbrochen festgelegt werden, oder wobei durch die Vektorgruppenunterbrechung (29) unterbrochene Vektorgruppen (23) in durch die Vektorgruppenunterbrechung (29) ununterbrochene Sub-Vektorgruppen (39) geteilt werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen (23) so bestimmt wird, dass auf einer gemeinsamen Seite (31, 33) der Vektorgruppenunterbrechung (29) angeordnete erste Vektorgruppen (23.1) zeitlich vor zweiten Vektorgruppen (23.2) bestrahlt werden, die auf einer der gemeinsamen Seite (31, 33) durch die Vektorgruppenunterbrechung (29) beabstandeten Seite (31, 33) angeordnet sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen
(23) so bestimmt wird, dass auf einer gemeinsamen Seite (31, 33) der
Vektorgruppenunterbrechung (29) angeordnete erste Sub-Vektorgruppen (39.1) zeitlich vor zweiten Sub-Vektorgruppen (39.2) bestrahlt werden, die auf einer der gemeinsamen Seite (31, 33) durch die Vektorgruppenunterbrechung (29) beabstandeten Seite (31, 33) angeordnet sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vektorgruppen (23) als Streifen festgelegt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zeitliche Bestrahlungsreihenfolge der Vektorgruppen (23) so bestimmt wird, dass einander unmittelbar benachbarte Vektorgruppen (23) oder einander unmittelbar benachbarte Sub-Vektorgruppen (39) zeitlich unmittelbar nacheinander bestrahlt werden.
7. Verfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils (5) aus einem Pulvermaterial (9), mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines mithilfe eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (7) mit mindestens einem Energiestrahl (13), um das Bauteil (5) mittels des mindestens einen Energiestrahls (13) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (7) angeordneten Pulvermaterialschichten (19) des Pulvermaterials (9) herzustellen, und Fertigen des Bauteils (5) gemäß dem Bestrahlungsplan.
8. Computerprogramm, umfassend Anweisungen, aufgrund derer ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder ein Verfahren nach Anspruch 7 durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer Rechenvorrichtung läuft.
9. Maschinenlesbares Speichermedium, umfassend ein Computerprogramm nach Anspruch 8.
10. Planungsvorrichtung (3) zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (7) mit mindestens einem Energiestrahl (13), um mittels des mindestens einen Energiestrahls (13) ein Bauteil (5) aus einem in dem Arbeitsbereich (7) angeordneten Pulvermaterial (9) herzustellen, wobei die Planungsvorrichtung eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
11. Fertigungsvorrichtung (1) zum additiven Fertigen von Bauteilen (5) aus einem Pulvermaterial (9), mit einer Strahlerzeugungsvorrichtung (11), die eingerichtet ist zum Erzeugen mindestens eines Energiestrahls (13), - einer Scannervorrichtung (15), die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich (7) lokal selektiv mit dem mindestens einen Energiestrahl (13) zu bestrahlen, um mittels des mindestens einen Energiestrahls (13) ein Bauteil (5) aus dem in dem Arbeitsbereich (7) angeordneten Pulvermaterial (9) herzustellen, und mit einer Steuervorrichtung (17), die mit der Scannervorrichtung (15) wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung (15) anzusteuem, wobei die Steuervorrichtung (17) eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 7.
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