WO2025252532A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung einer anbindung einer dünnen struktur - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verbesserung einer anbindung einer dünnen struktur

Info

Publication number
WO2025252532A1
WO2025252532A1 PCT/EP2025/064589 EP2025064589W WO2025252532A1 WO 2025252532 A1 WO2025252532 A1 WO 2025252532A1 EP 2025064589 W EP2025064589 W EP 2025064589W WO 2025252532 A1 WO2025252532 A1 WO 2025252532A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
manufacturing
object model
volume
volume boundary
connection point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2025/064589
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Behrens
Tobias Maiwald-Immer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EOS GmbH
Original Assignee
EOS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EOS GmbH filed Critical EOS GmbH
Publication of WO2025252532A1 publication Critical patent/WO2025252532A1/de
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • B22F10/85—Data acquisition or data processing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1103—Making porous workpieces or articles with particular physical characteristics
    • B22F3/1115—Making porous workpieces or articles with particular physical characteristics comprising complex forms, e.g. honeycombs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for improving the connection of a thin structure, control data and a manufacturing device.
  • a laser beam with a focal point of 50 micrometers can create a melt pool with a width of approximately 100 micrometers. This allows for the creation of very thin walls, e.g., for a thin but stable infill or for heat exchanger structures.
  • the effect of material thinning in their surroundings can occur.
  • powder from the surroundings can be drawn into the structure by expansion and subsequent contraction of the melt, or it can be pushed away from the structure by pressures generated by the spontaneous evaporation of material.
  • DMLS direct metal laser sintering
  • the contraction of the melt can also cause the wall of the extended structure (the "bulk") to be slightly concave, so that a thin wall no longer touches the structure at its intended endpoint.
  • the object of the invention was to provide a method that overcomes the disadvantages of the prior art and allows for improved connection of a wall to an extended volume.
  • a method according to the invention serves to improve the connection of a thin structure (e.g., a wall or a strut) to an extended volume in a layer-by-layer manufactured object based on a virtual three-dimensional object model by solidifying a powdered build-up material using radiation.
  • the method comprises the following steps:
  • the object model is typically available as a CAD object or as a surface object in the form of geometric data, e.g., in a file.
  • the object model can, for example, be a pure volume model in which the thin structures are formed with a small extent or wall thickness. It can also be composed of two or more sub-models, at least one of which is a surface model describing the thin walls.
  • the thin structures in the object model can be represented, in particular, as struts, surfaces, or lines (or curves).
  • a laser or another radiation source
  • the object is then fabricated according to generated control data, such that a multitude of powder layers are applied successively and solidified according to the data of the object model.
  • a thin structure is a structure with a thickness below a predefined limit.
  • This limit can be expressed as a dimension, e.g., in mm, or as a number of work hardening lines.
  • any wall-like structure or strut thinner than 0.5 mm can be considered a thin structure, as can any structure consisting of fewer than 5 adjacent work hardening lines.
  • the limit is less than 1 mm, more preferably less than 0.5 mm, and particularly less than 0.2 mm. With respect to the number of work hardening lines, the limit is preferably less than 10, more preferably less than 5, and particularly less than 3.
  • a thin structure is a structure in which at least one spatial dimension is thin according to the preceding definitions.
  • This can be a wall (in which case the word “wall” can be used instead of “structure”) or a rod-like structure (in which case the word “rod” or “strut” can be used instead of “structure”).
  • a wall can also be understood as a two- or three-dimensional curved surface.
  • the word “structure” is also used as an abbreviation for "thin structure.” However, this must be distinguished from the "extended structure,” which is essentially the type of structure to which the volume boundary belongs.
  • the extended volume can be an extended structure (“bulk”) or simply a thick wall or strut.
  • This extended structure can again be curved in two or three dimensions. It is generally referred to here as a “volume boundary” because, for the attachment of the thin structure, essentially only the surface area of the volume is relevant. However, a certain amount of melt pool must be generated for this surface, which is why its thickness must exceed a predetermined limit.
  • This limit can again be specified in terms of length or in the number of hardening lines (since each new line transfers additional energy to the relevant point).
  • this limit is greater than 2 mm, preferably greater than 5 mm, and particularly greater than 7 mm.
  • the limit is preferably greater than 10, preferably greater than 15, and particularly greater than 20.
  • the determination can be carried out in a program that can create or view an object model, or in a program that is intended to generate control data for the manufacture of an object according to the object model.
  • a manufacturing mode is now determined for a number of identified connection points, but not necessarily for all of them. This manufacturing mode specifies how the respective connection point is to be manufactured. This manufacturing mode can encompass or consider several aspects.
  • the contact area between the structure and the boundary can be increased at the connection point. This can be achieved, for example, by making the structure thicker there, by using more hardening lines, or by slightly overlapping the structure with the boundary.
  • a profile of blasting parameters can be specified for manufacturing the structure. For example, a higher power output can be applied locally at the connection point than is used for hardening the rest of the structure.
  • a manufacturing sequence can be specified, for example, stipulating that the structure is manufactured before or at the same time as the volume boundary.
  • a time-based specification has the advantage that a solidified surface already exists in the area of the volume boundary before its production. Powder cannot be removed from the melt or blown away there, which would later contribute to the structure, as the structure has already solidified.
  • the structure can, for example, extend into the volume boundary (possibly even into its infill) or be thickened at the connection point, for instance, with additional hardening lines or a conical transition. This increase in size can be achieved by prefabrication the structure, but the thickening can also be manufactured together with the volume boundary, for example, by creating a trumpet-shaped transition as part of the volume boundary and extending the structure into this transition.
  • the beam parameter profile can, for example, specify that the structure is manufactured at a higher power at the connection point than in the rest of the area. This can be achieved by Temporal modulation of the beam (continuous operation in the area of the connection point, pulsed operation in the rest of the area) can be achieved or by energetic modulation (high energy in the area of the connection point, lower energy in the rest of the structure), but the intensity can also be regulated accordingly (high intensity in the area of the connection point, lower intensity in the rest of the structure).
  • This predefined manufacturing mode can now be used to modify the object model, for example, to change its geometry by thickening the connection points or to modify manufacturing parameters.
  • control data for manufacturing an object can be generated and output from the object model according to the predefined manufacturing mode. Ultimately, this step ensures that an object can be manufactured according to the manufacturing mode with improved connections to the thin walls.
  • control data according to the invention were created using the inventive method. They differ from conventional control data because they specifically include geometric changes to the model (e.g., thickenings) and/or specific manufacturing sequences (e.g., thin walls in front of thick volume boundaries) and/or specifications for different beam guidance in the thin walls (e.g., solidifying the connection point with more power than the rest of the structure).
  • geometric changes to the model e.g., thickenings
  • specific manufacturing sequences e.g., thin walls in front of thick volume boundaries
  • specifications for different beam guidance in the thin walls e.g., solidifying the connection point with more power than the rest of the structure.
  • An apparatus serves to improve the connection of a thin structure to an extended volume in a layer-by-layer manufactured object based on a virtual three-dimensional object model by solidifying a powdered build material by means of radiation; the method comprises the following components:
  • a detection unit designed to determine a number of connection points in the object model where a structure with a thickness below a specified limit (“thin structure”) connects to a volume boundary whose thickness exceeds a specified limit
  • a manufacturing mode unit designed to specify a manufacturing mode for a number of identified connection points such that, for a connection point of a structure to a volume boundary, the contact area between the structure and the volume boundary is increased and/or a manufacturing sequence is specified according to which the structure is manufactured before or with the corresponding volume boundary
  • a modification unit designed to modify the object model and/or generate control data for manufacturing an object from the object model according to the specified manufacturing mode.
  • the device is preferably designed for carrying out a method according to the invention.
  • the device ensures that thin structures are optimally bonded to other structures of an object.
  • the device with its manufacturing mode unit, can effectively counteract the disadvantages mentioned above, namely that extended structures ingest powder in their surroundings.
  • a manufacturing device for carrying out a manufacturing process in which an object is built up based on a virtual three-dimensional object model by layer-by-layer solidification of a powdered build-up material by means of radiation, comprises a control device for controlling the manufacturing process and a device according to the invention.
  • the invention can be implemented, in particular, in the form of a computer unit with suitable software.
  • the computer unit can, for example, comprise one or more cooperating microprocessors or the like.
  • it can be implemented in the form of suitable software program components within the computer unit.
  • a largely software-based implementation has the advantage that even previously used computer units can be easily retrofitted by means of a software or firmware update to operate in the manner of the invention.
  • the problem is also solved by a corresponding computer program product comprising a computer program that can be directly loaded into a memory device of a computer unit, with program sections to execute all steps of the method according to the invention when the program is executed in the computer unit.
  • such a computer program product may optionally include additional components such as documentation and/or additional components, including hardware components such as hardware keys (dongles, etc.) for using the software.
  • a computer-readable medium such as a memory stick, a hard drive, or another portable or permanently installed data carrier, can be used, on which the data is stored.
  • Program sections of the computer program that can be read and executed by a computer unit are stored.
  • a connection point is determined by searching the object model for walls with a thickness below the specified limit and for the area of contact between these walls and the volume boundaries of the object model.
  • the object model can be searched for structures that extend along a length and whose thickness or height (essentially their extent in a spatial direction) falls below the limit. Similarly (but with the other limit for their minimum thickness), the volume regions can be determined. Connection points are then defined where the structures meet the volume regions (in the "contact area").
  • a contact area is considered a connection point only if the wall extends within a predetermined angular range around the surface normal of the volume boundary.
  • This angular range is preferably less than 120°, or plus/minus 60° to the surface normal of the volume boundary. With inclined connection points, even a thin wall could have a sufficient contact area with the volume boundary.
  • the manufacturing mode is selected depending on the angle.
  • the detection unit can preferably decide, based on predetermined limit angles, whether and what kind of reinforcement is required, i.e., which manufacturing mode should be applied, and communicate this to the manufacturing mode unit. Alternatively, the manufacturing mode unit could make this decision. This embodiment can be particularly advantageous for curved structures.
  • the manufacturing method modifies the connection point such that the thin structure is extended into the volume boundary for a predetermined distance.
  • the thin structure overlaps the volume (of the extended volume).
  • the overlapping area can be irradiated multiple times: once during the fabrication of the structure and once during the fabrication of the volume.
  • the thin structure can extend into the infill of the volume.
  • the overlapping area is preferably longer than 0.1 mm, particularly longer than 0.5 mm, but preferably shorter than 5 mm or preferably a predetermined multiple of the structure's thickness. This increases the contact area between the structure and the volume boundary.
  • the length by which the structure projects into the volume can preferably depend on its thickness.
  • a factor can be defined by which the thickness of the structure is multiplied or divided to determine the length of the overlap. This factor can also be divided by the thickness of the structure. This results in the portion of the structure projecting into the volume becoming smaller as the structure's thickness increases.
  • the factor f is preferably between 1 and 50, and most preferably between 3 and 10.
  • the extended portion is thicker than the structure.
  • it can also preferably become thicker with increasing penetration depth. This has the advantage that the structure interlocks with the volume boundary.
  • the manufacturing process dictates that the connection point is thickened in a predetermined area upstream of the volume boundary.
  • This area preferably ends less than 5 mm from the volume boundary, preferably less than 3 mm, or even less than 2 mm.
  • Structures are preferably added that run parallel to and touch the existing structure, e.g., additional hardening lines parallel to those of the existing structure.
  • the structure is widened parallel to the existing structure.
  • a conical or trumpet-shaped transition is formed between the structure and the volume boundary, in particular a trumpet-shaped transition with radii or Mattek radii. Besides improving the connection, such a thickening also has an advantageous stiffening effect.
  • the manufacturing method determines that the structure at the connection point is manufactured with different beam parameters than other areas of the structure.
  • the structure is manufactured with a higher power output and/or a larger beam diameter at the connection point. Compared to the manufacturing of the rest of the structure, it is preferred that at the connection point:
  • the beam duration (in the case of PWM this corresponds to the duty cycle) of a pulsed radiation is higher (e.g. continuous), and/or
  • a different energy distribution at the radiation point e.g., a different beam shaping design
  • a different energy distribution at the radiation point e.g., a different beam shaping design
  • connection point is manufactured with a higher heat input than the rest of the structure in question.
  • connection point is formed as part of the volume boundary, preferably together with a part of the structure, wherein the hardening vectors for manufacturing the volume boundary are preferably designed such that they form the connection point and preferably also a part of the structure.
  • the edge of the volume boundary can extend into the structure over a radius, or a hardening path can begin as the edge of the volume boundary and end as part of the structure.
  • the manufacturing process also specifies a local thickening of the volume boundary in the area of the connection point. This can be done as an alternative to, or in addition to, a thickening of the structure itself.
  • a manufacturing method does not have to be identical for all connection points. Depending on the thickness of the structure, its angle to the volume boundary, and/or the length of the structure, or depending on a given load profile, different manufacturing methods could be specified for different connection points.
  • the object model is conceptualized and designed and created, particularly using a CAD program.
  • the object model can be a solid model with thin structures of small dimensions, or a solid model combined with, or at least partially created from, surface elements, where the surface elements describe the thin structures.
  • the determination of thin structures and their connection points to a solid boundary is carried out as already described above in relation to the inventive method.
  • connection points are determined in 2D layers of a layered object model or in a 3D object model M.
  • the system prompts the user to choose between manual and automatic geometry adjustments.
  • Manual adjustments can be made directly on the object model by the user, although it is preferable for the connection points to be automatically marked in a CAD program. Since the connection points and their positions are already known, marking them is straightforward.
  • the contact area between the structure and the volume boundary can be increased at the connection points, a profile of beam parameters for manufacturing the structure can be specified, or a manufacturing sequence can be defined according to which the structure is manufactured before or together with the corresponding volume boundary. This is done according to a predefined manufacturing mode.
  • beam parameters can be adjusted for some of the connections, thickening of the connection points can be carried out for another part, and manufacturing sequences can be specified for yet another part.
  • control commands are generated to build an object according to the object model, taking the modifications into account, and a final setup of the manufacturing device is performed if necessary.
  • the object model can be modified according to the changes and then divided into manufacturing layers.
  • AI-based methods AI: "Artificial Intelligence”
  • Artificial intelligence is based on the principle of machine learning and is generally implemented using a learning algorithm that has been trained accordingly.
  • the English term “machine learning” is frequently used for machine learning, and this also includes the principle of "deep learning.”
  • a suitably trained AI can be used to find connection points and/or to define a manufacturing mode.
  • the detection unit comprises a module with a machine learning model that has been trained to identify connection points in an object model. This can be achieved, for example, by marking connection points as such in a large number of object models, e.g., manually, and then using these marked object models to train the model.
  • the manufacturing mode unit comprises a module with a machine learning-capable model that has been trained on a specified manufacturing mode for a connection point.
  • This can be achieved, for example, by assigning a preferred manufacturing mode to connection points in a multitude of object models, e.g., manually, and then using these labeled object models to train the model.
  • Figure 1 shows a schematic, partially sectional view of an embodiment of a manufacturing device for additive manufacturing with a modification device according to the invention.
  • Figure 2 shows an example of how a wall can be connected to a volume boundary.
  • Figure 4 shows a preferred procedure within the framework of the method according to the invention
  • Figure 5 shows a preferred connection of a wall to a volume boundary
  • Figure 6 shows another preferred connection of a wall to a volume boundary
  • Figure 7 shows a preferred manufacturing mode
  • Figure 8 shows another preferred connection of a wall to two volume boundaries
  • Figure 9 shows an oblique coupling of a structure
  • Figure 10 shows an interlocking of the structure
  • Figure 11 shows a block diagram of the procedure.
  • Figure 12 shows a diagram of a preferred embodiment of the method.
  • Such a manufacturing device 1 is shown schematically in Figure 1. It has a process chamber 3 or process space 3 with a chamber wall 4, in which the manufacturing process essentially takes place. Inside the process chamber 3 is an upwardly open container 5 with a container wall 6. The upper opening of the container 5 forms the current working level 7. The area of this working level 7 located within the opening of the container 5 can be used to build the object 2 and is therefore referred to as the build area 8.
  • the container 5 has a base plate 11 that is movable in a vertical direction V and is arranged on a support 10. This base plate 11 closes off the container 5 at the bottom and thus forms its base.
  • the base plate 11 can be formed integrally with the support 10, or it can be a separate plate and be attached to or simply supported on the support 10.
  • a building platform 12 can be attached to the base plate 11 as a building base on which the object 2 is built.
  • the object 2 can also be built directly on the base plate 11 itself, which then forms the building base.
  • the basic assembly of object 2 is carried out by first applying a layer of the build material 13 to the build platform 12, then selectively solidifying the build material 13 at the points that are to form parts of the object 2 to be manufactured using a laser beam 22 as an energy beam, then lowering the base plate 11, and thus the build platform 12, with the aid of the support 10, and applying and selectively solidifying a new layer of the build material 13, and so on.
  • the object 2 built up in the container on the build platform 12 is shown in an intermediate state below the working plane 7. It already has several solidified layers surrounded by unsolidified build material 13.
  • Various materials can be used as the build material 13, preferably powders, in particular metal powders, plastic powders, ceramic powders, sand, filled or mixed powders, or pasty materials, and optionally a mixture of several materials.
  • Fresh build material 15 is located in a storage container 14 of the manufacturing device 1. With the aid of a coater 16 that can be moved in a horizontal direction H, the build material can be applied in the working plane 7 or within the build area 8 in the form of a thin layer.
  • an additional radiant heater 17 is located in process chamber 3.
  • This heater can be used to heat the applied build-up material 13, so that the irradiation device used for selective solidification does not have to supply too much energy.
  • An infrared radiator or a VCSEL radiator for example, can be used as the radiant heater 17.
  • the manufacturing device 1 has an irradiation device 20, or more specifically an exposure device 20, with a laser 21.
  • This laser 21 generates a laser beam 22, which is deflected by a deflection device 23 in order to create the exposure paths or traces (hatch lines) in the material as provided for in the exposure strategy.
  • the laser beam 22 selectively scans the layer to be solidified and selectively introduces the energy.
  • this laser beam 22 is focused onto the working plane 7 in a suitable manner by a focusing device 24.
  • the irradiation device 20 is preferably located outside the process chamber 3, and the laser beam 22 is directed into the process chamber 3 via an input window 25 located in the chamber wall 4 on the upper side of the process chamber 3.
  • the irradiation device 20 can, for example, comprise not just one, but several lasers.
  • these can be gas or solid-state lasers or any other type of laser, such as laser diodes, in particular VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) or VECSELs (Vertical External Cavity Surface Emitting Lasers), or an array of such lasers.
  • VCSELs Vertical Cavity Surface Emitting Lasers
  • VECSELs Very External Cavity Surface Emitting Lasers
  • one or more unpolarized single-mode lasers e.g., a 3 kW fiber laser with a wavelength of 1070 nm, can be used within the scope of the invention.
  • a control device 30 comprising a control unit 29 serves to control the units of the manufacturing device 1, which controls the components of the irradiation device 20, namely the laser 21, the deflection device 23 and the focusing device 24.
  • the control unit 29 also controls the radiant heating 17 by means of suitable heating control data HS, the coater 16 by means of coating control data ST and the movement of the carrier 10 by means of carrier control data TS, thus controlling the layer thickness.
  • Control device 30 comprises a device 34 according to the invention for improving the connection of a thin structure to an extended volume in an object 2 based on a virtual three-dimensional object model M by solidifying a powder using radiation.
  • the device 34 comprises a detection unit 36, a manufacturing mode unit 37, and a modification unit 38.
  • the investigation unit 36 serves to determine a number of connection points A in the object model M at which a structure W with a thickness below a specified limit value connects to a volume boundary B whose thickness exceeds a specified limit value.
  • the manufacturing mode unit 37 is used to specify a manufacturing mode F for a
  • the number of identified connection points A is such that, for a connection point A of a structure W to a volume boundary B, the contact area between structure W and volume boundary B is increased and/or a manufacturing sequence is specified according to which the structure W is manufactured before or with the corresponding volume boundary B.
  • the modification unit 38 is used to modify the object model M, for example, if geometries have been changed or if the object model M contains information on the manufacturing sequence or radiation parameters. Alternatively or additionally, it is used to generate control data PS for the production of an object 2 from the object model M according to the specified manufacturing mode F.
  • the device 34 is preferably also designed to generate control data PS for the layer-by-layer construction of an object 2 based on the object model M.
  • the device 34 does not necessarily have to be part of the control unit 30, although this is preferred. It can also be external.
  • the control unit 30 can be connected to a terminal 40 with a display or the like via a bus 60 or another data connection, as shown here. An operator can control the control unit 30 and thus the entire laser sintering device 1 via this terminal 40, e.g., by transmitting control data PS that has been generated there by a device 34 (as indicated by dashed lines).
  • the present invention is not limited to such a manufacturing device 1. It can be applied to other methods for the generative or additive manufacturing of a three-dimensional object by layer-by-layer application and selective solidification of a build-up material, wherein an energy beam is emitted onto the build-up material to be solidified.
  • the irradiation device can also be anything other than a laser, as described here, but any device could be used with which energy can be selectively introduced onto or into the build-up material as wave or particle radiation.
  • a laser another light source, an electron beam, etc., could be used.
  • Figure 2 shows an example of a wall (W) or strut being connected to a thin structure W and a volume boundary B, which in this case is a wall of an extended structure (“bulk”).
  • W wall
  • B volume boundary
  • This example lies in the XY plane, i.e., on the
  • the building site is characterized by a wall W projecting upwards in the Z-direction along the volume boundary B.
  • All examples shown in Figures 2 to 10 can, in principle, be positioned arbitrarily in space.
  • the structure W abuts the volume boundary B at a connection point A.
  • Figure 3 illustrates problems encountered when connecting a wall (W) or strut as an example of a thin structure W to a volume boundary B, as shown in Figure 2.
  • the top section depicts a situation where, during the fabrication of the volume element B, the melt pulled powder away from the connection point A. Consequently, insufficient build material was available at this point during the fabrication of the structure W, resulting in a narrowing of the structure W at the connection point A.
  • the melt also contracted unintentionally during cooling, so that the volume boundary B is slightly bent inwards. In addition to the narrowing of the structure W, it no longer aligns with the volume boundary B at all.
  • Figure 4 shows a preferred procedure within the framework of the inventive method.
  • the structure W is fabricated first (above, where sufficient build material is available) and only then the volume boundary B.
  • the structure W is extended so that it slightly overlaps the volume boundary B.
  • Figure 5 shows a preferred, thickened connection between a structure W and a volume boundary B.
  • the thickening is trumpet-shaped and also stiffens the connection area A.
  • the thickening is designed as part of the volume boundary B and overlaps with the structure W. However, it can also be designed as part of the structure W and may even extend into the volume boundary B. Ultimately, the edge of the volume boundary B could also merge into the structure W.
  • Figure 6 shows another preferred thickened connection of a structure W to a volume boundary B in the form of two additional strengthening structures that extend into the volume boundary B.
  • Figure 7 shows a preferred manufacturing mode in which the irradiation device 20 operates with a continuous beam at the connection point A and operates in pulse mode for the remaining solidification of the structure W.
  • Figure 8 shows another preferred connection of a structure W to two superimposed volume boundaries B.
  • the structure W overlaps both volume boundaries B.
  • Figure 9 shows an oblique coupling of a structure W to a volume boundary B at an angle ⁇ .
  • the structure W exhibits a thickening only at the volume boundary B.
  • Such a one-sided thickening is advantageous because it leaves the outer side of the structure W smooth.
  • Figure 10 shows an interlocking of structure W with volume boundary B, whereby the extended part of structure W, which projects into volume boundary B, becomes thicker with increasing penetration depth.
  • This interlocking mechanism can, of course, also be implemented for an oblique coupling of the structure.
  • Figure 11 shows a block diagram of the method for improving the connection of a wall (W) or strut as an example of a thin structure (W) to an extended volume in a layer-by-layer manufactured object 2 based on a virtual three-dimensional object model M by solidifying a powdered build-up material by means of radiation.
  • step I a number of connection points A in the object model M are determined, at which a structure W with a thickness below a specified limit is connected to a volume boundary B (thick wall or side surface) whose thickness exceeds a specified limit.
  • a manufacturing mode F is specified for a number of determined connection points A such that, for a connection point A of a structure W to a volume boundary B, the contact area between structure W and The volume limit B is increased and/or a profile of beam parameters for the manufacture of the structure W is specified and/or a manufacturing sequence is specified according to which the structure W is manufactured before or together with the corresponding volume limit B.
  • control data PS for the production of an object 2 from the object model M is generated according to the specified production mode F.
  • Figure 12 shows a more detailed diagram for a preferred method.
  • an object model M is conceptualized and designed. This is then created and saved in step S2 using a CAD program.
  • the object model M can be a solid model with thin structures of small extent, or a solid model combined with, or at least partially created from, surface elements, where the surface elements describe the thin structures.
  • connection points A are determined in the object model M where a structure W with a thickness below a predefined limit connects to a volume boundary B whose thickness exceeds a predefined limit. This can be done in a 3D object model M or in an object model M that has already been decomposed into layers.
  • Step S4 prompts the user to choose between manual and automatic geometry adjustment. This step may be preceded by a query asking whether any adjustment is desired at all. If manual adjustment is chosen, the user can perform it directly in the CAD program. This could involve selecting the connection points A in the CAD program. Afterward, step S3 could be repeated (as indicated here), or the process could proceed directly to manufacturing. If automatic adjustment is desired, the process continues with step S5.
  • step S5 the contact area between structure W and volume boundary B is automatically increased for the connection points A, and/or a profile of beam parameters for the production of structure W is specified, and/or a production sequence is specified according to which structure W is produced before or together with the corresponding volume boundary B. This is done according to a predefined production mode F.
  • beam parameters can be adjusted for some of the connections A.
  • thickening of the connection points A is carried out, and for another part, manufacturing sequences are specified.
  • step S6 control commands PS are generated to build an object 2 according to the object model M, taking into account the modifications in step S5, and a final setup of the manufacturing device 1 is performed if necessary.
  • the object model M can be modified according to the modifications in step S5 and then divided into manufacturing layers.
  • step S7 the manufacturing of object 2 then takes place.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung einer Anbindung einer dünnen Struktur (W) an ein ausgedehntes Volumen bei einem schichtweise gefertigten Objekt (2) basierend auf einem virtuellen dreidimensionalen Objektmodell (M) durch Verfestigung eines pulverförmigen Aufbaumaterials mittels Strahlung, das Verfahren umfassend die Schritte: - Ermitteln einer Anzahl von Anbindungsstellen (A) im Objektmodell (M), an denen eine Struktur (W) mit einer Dicke unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts an eine Volumenbegrenzung (B) anbindet, deren Dicke einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, - Vorgeben eines Fertigungsmodus (F) für eine Anzahl von ermittelten Anbindungsstellen (A) dermaßen, dass für eine Anbindungsstelle (A) einer Struktur (W) an eine Volumenbegrenzung (B) die Berührungsfläche zwischen Struktur (W) und Volumenbegrenzung (B) vergrößert wird und/oder ein Profil von Strahlparametern zur Fertigung der Struktur (W) vorgegeben wird und/oder eine Fertigungsreihenfolge vorgegeben wird, gemäß der die Struktur (W), zeitlich vor oder zusammen mit der entsprechenden Volumenbegrenzung (B) gefertigt wird, - Ändern des Objektmodells (M) und/oder Generieren von Steuerdaten (PS) zur Fertigung eines Objekts (2) aus dem Objektmodell (M) gemäß dem vorgegebenen Fertigungsmodus (F). Des Weiteren umfasst die Erfindung Steuerdaten, eine Vorrichtung und eine Fertigungsvorrichtung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung einer Anbindung einer dünnen Struktur
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung einer Anbindung einer dünnen Struktur, Steuerdaten und eine Fertigungsvorrichtung.
Bei einer additiven Fertigung durch schichtweise Verfestigung eines Pulvers (bzw. eines pulverförmigen Aufbaumaterials) zu einem Objekt kann der Anschluss von dünnen Strukturen an einer ausgedehnten Struktur („Bulk“) problematisch sein.
Mit heutigen Technologien stellt es kein Problem dar, dünne Strukturen im Bereich von 100 bis 200 Mikrometern zu verfestigen. Beispielsweise kann ein Laserstrahl mit einem Fokuspunkt von 50 Mikrometern ein Schmelzbad erzeugen, welches eine Breite im Bereich von 100 Mikrometern aufweist. Damit können sehr dünne Wandungen geschaffen werden, z.B. für einen dünnen, aber stabilen Infill oder für Wärmetauscherstrukturen.
Bei der Fertigung von ausgedehnten Strukturen kann dabei der Effekt auftreten, dass Material in ihrem Umfeld ausgedünnt wird. Beispielsweise kann bei ihrer Fertigung aus einem strahlinduzierten Schmelzbad Pulver aus dem Umfeld durch Ausdehnen und anschließendes Zusammenziehen der Schmelze in die Struktur hinein gezogen oder durch Drücke, die durch spontane Verdampfung von Material entstehen, von der Struktur weggedrückt werden.
Beispielsweise können bei einem direkten Metall-Lasersintern (einem DMLS-Prozess) mehrere Effekte auftreten: Wenn der Laserstrahl auf das Pulver trifft, entsteht eine Schmelzbad-Dynamik. Zuerst wird das Pulver aufgeschmolzen und es erfolgt eine Volumenausdehnung. Bewegt sich der Laser (mit seiner hohen Geschwindigkeit) weiter erstarrt die Schmelze sehr schnell aufgrund der hohen Abkühlrate. Dadurch entstehen Spannungen und zudem eine Volumenreduktion. An der Oberfläche wirkt in der Regel der Marangoni Effekt. Durch das Ausdehnen kann Pulver im Umfeld der heißen Schmelze an dieser ankleben. Je höher der Energieeintrag umso gravierender kann dieser Effekt ausfallen. Zieht sich beim Erstarren die Schmelze zusammen, so fehlt das angeklebte Pulver im Umfeld der ehemaligen Schmelze. Zudem können aufgrund des Eindringens von Wärme in die Tiefe lokal hohe Verdampfungsdrücke herrschen, welches Pulver lokal wegschleudern. Folglich vermindert eine ausgedehnte Schmelze nicht nur die Menge des umgebenden Pulvers durch Mitnahme nach innen, sondern auch durch Extraktion nach außen.
Durch das Zusammenziehen der Schmelze kann auch der Effekt auftreten, dass die Wandung der ausgedehnten Struktur (des „Bulk“) leicht konkav ist, so dass eine dünne Wand an ihrem bestimmungsgemäßen Endpunkt die Struktur gar nicht mehr berührt.
All diese Effekte wirken zwar in der Regel in einem sehr kleinen Bereich in der Größenordnung von einigen zehn bis hundert Mikrometern, jedoch kann dies gravierende Auswirkungen auf eine Anbindung von sehr dünnen Wänden haben.
Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet und eine verbesserte Anbindung einer Wand an ein ausgedehntes Volumen erlaubt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung einer Anbindung einer dünnen Struktur an ein ausgedehntes Volumen anzugeben, sowie entsprechende Steuerdaten und eine Fertigungsvorrichtung, mit denen die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 , Steuerdaten gemäß Patentanspruch 8, eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9 und eine Fertigungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Verbesserung einer Anbindung einer dünnen Struktur (z.B. einer Wand oder einer Strebe), an ein ausgedehntes Volumen bei einem schichtweise gefertigten Objekt basierend auf einem virtuellen dreidimensionalen Objektmodell durch Verfestigung eines pulverförmigen Aufbaumaterials mittels Strahlung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Ermitteln einer Anzahl von Anbindungsstellen im Objektmodell, an denen eine Struktur mit einer Dicke unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts an eine Volumenbegrenzung anbindet, deren Dicke einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt,
- Vorgeben eines Fertigungsmodus für eine Anzahl von ermittelten Anbindungsstellen dermaßen, dass für eine Anbindungsstelle einer Struktur an eine Volumenbegrenzung die Berührungsfläche zwischen Struktur und Volumenbegrenzung vergrößert wird und/oder ein Profil von Strahlparametern zur Fertigung der Struktur vorgegeben wird und/oder eine Fertigungsreihenfolge vorgegeben wird, gemäß der die Struktur, zeitlich vor oder zusammen mit der entsprechenden Volumenbegrenzung gefertigt wird, - Ändern des Objektmodells und/oder Generieren von Steuerdaten zur Fertigung eines Objekts aus dem Objektmodell gemäß dem vorgegebenen Fertigungsmodus.
Das schichtweise Fertigen von Objekten basierend auf einem virtuellen dreidimensionalen Objektmodell durch Verfestigung eines pulverförmigen Aufbaumaterials mittels Strahlung ist hinlänglich bekannt und muss hier nicht beschrieben werden. Bei den gängigen Verfahren liegt das Objektmodell üblicherweise als CAD-Objekt oder als Oberflächenobjekt in Form von geometrischen Daten vor, z.B. in einer Datei. Das Objektmodell kann z.B. als reines Volumenmodell vorliegen, bei dem die dünnen Strukturen mit einer geringen Ausdehnung bzw. Wandstärke ausgeformt sind. Es kann aber auch aus zwei oder mehr Teil-Modellen gebildet werden, wobei mindestens eines der Teil-Modelle ein Surface- Modell ist, welches die dünnen Wände beschreibt. Die dünnen Strukturen können in dem Objektmodell insbesondere Streben als Flächen oder Linien (bzw. Kurven) gegeben sein. Mittels eines Lasers (oder einer anderen Strahlungsquelle) wird das Objekt dann entsprechend generierter Steuerdaten so gefertigt, dass eine Vielzahl von Pulverschichten nacheinander aufgetragen und entsprechend der Daten des Objektmodells sukzessive verfestigt werden.
Hierbei kann es geschehen, dass dünne Wände in dem Objektmodell, die an ein ausgedehntes Volumen stoßen, im gefertigten Objekt nicht dicht abschließen, da z.B. Pulver an der Anbindungsstelle fehlt. Das Verfahren löst dieses Problem. Es sollte beachtet werden, dass das Problem in der X-/Y-Ebene (Struktur und Volumenbegrenzung stehen z.B. beide senkrecht) recht einfach bildlich vorstellbar ist. Das Verfahren löst aber auch Probleme in der Z-Ebene, z.B. wenn die Struktur auf einer ausgedehnten Bodenfläche steht oder eine ausgedehnte Decke auf eine dünne Struktur aufgesetzt wird. Hier wirkt zwar nicht der Effekt der Pulvermitnahme durch eine Schmelze, da das Pulver schichtweise aufgetragen wird, jedoch kann auch dort eine Anbindung der dünnen Struktur an eine ausgedehnte Schicht aus anderen Gründen problematisch sein.
Bei dem Verfahren wird zunächst die Anbindungsstellen im Objektmodell ermittelt, an denen eine dünne Struktur an ein ausgedehntes Volumen anbindet. Eine dünne Struktur ist hier eine Struktur mit einer Dicke unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts. Dieser Grenzwert kann in Form einer Größenangabe, z.B. in mm, vorliegen, kann aber auch in Form einer Anzahl von Verfestigungslinien vorliegen. Beispielsweise kann jede wandartige Struktur oder Strebe, die dünner ist als 0,5 mm, als dünne Struktur angesehen werden, es könnte aber auch jede Struktur, die aus weniger als 5 nebeneinanderliegenden Verfestigungslinien gebildet wird, als dünn angesehen werden. Bevorzugt ist der Grenzwert kleiner als 1 mm, vorzugsweise kleiner als 0,5 mm, insbesondere kleiner als 0,2 mm. Bezogen auf eine Anzahl von Verfestigungslinien ist der Grenzwert bevorzugt kleiner als 10, vorzugsweise kleiner als 5, insbesondere kleiner als 3.
Im Grunde ist eine dünne Struktur eine Struktur, bei der mindestens eine Raumdimension nach den vorangehenden Definitionen dünn ist. Es kann sich dabei um eine Wand handeln (dann kann an Stelle des Wortes „Struktur“ auch das Wort „Wand“ verwendet werden) oder es kann sich um eine stangenähnliche Struktur handeln (dann kann an Stelle des Wortes „Struktur“ auch das Wort „Stange“ oder „Strebe“ verwendet werden). Unter einer Wand kann man hier auch eine zwei- oder dreidimensionale gekrümmte Fläche verstehen. In dieser Anmeldung wird das Wort „Struktur“ auch als Abkürzung für die „dünne Struktur“ verwendet. Hiervon ist jedoch die „ausgedehnte Struktur“ abzugrenzen, welche im Grunde diejenige Struktur ist, zu der die Volumenbegrenzung gehört.
Das ausgedehnte Volumen kann eine ausgedehnte Struktur („Bulk“) sein aber auch einfach eine dicke Wand oder Strebe. Die ausgedehnte Struktur kann hier wieder zwei- oder dreidimensional gekrümmt werden. Sie wird hier allgemein als eine „Volumenbegrenzung“ bezeichnet, weil für die Anbindung der dünnen Struktur im Grunde nur die Oberfläche des Volumens relevant ist. Für diese Oberfläche muss aber ein gewisses Schmelzbad erzeugt werden, weshalb deren Dicke einen vorgegebenen Grenzwert übersteigen muss. Dieser Grenzwert kann wieder in Längenangaben oder in Zahlen von Verfestigungslinien angegeben werden (da durch jede neue Linie ja zusätzliche Energie an die betreffende Stelle abgegeben wird). Bevorzugt ist dieser Grenzwert größer als 2 mm, vorzugsweise größer als 5 mm, insbesondere größer als 7 mm. Bezogen auf Verfestigungslinien ist der Grenzwert bevorzugt größer als 10, vorzugsweise größer als 15, insbesondere größer als 20. Ab einem bestimmten Punkt ist der Energieeintrag irrelevant, da sich die Energie nicht mehr an der Anbindungsstelle äußert. Dies hängt jedoch von der Wärmeleitung des Aufbaumaterials ab. Die Ermittlung kann in einem Programm durchgeführt werden, mit dem ein Objektmodell erstellt oder betrachtet werden kann oder mit einem Programm, welches Steuerdaten zur Fertigung eines Objekts gemäß dem Objektmodell generieren soll.
Für eine Anzahl von ermittelten Anbindungsstellen, also nicht zwingend für alle ermittelten Anbindungsstellen, wird nun ein Fertigungsmodus ermittelt. Ein solcher Fertigungsmodus für eine Anbindungsstelle gibt vor, wie die jeweilige Anbindungsstelle gefertigt werden soll. Dieser Fertigungsmodus kann dabei mehrere Aspekte umfassen bzw. berücksichtigen.
Für eine bessere Anbindung der dünnen Struktur an die Volumenbegrenzung kann im Bereich der Anbindungsstelle die Berührungsfläche zwischen Struktur und Volumenbegrenzung vergrößert werden, z.B. indem die Struktur dort dicker gestaltet wird bzw. mehr Verfestigungslinien gewählt werden oder die Struktur etwas mit der Volumenbegrenzung überlappt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Profil von Strahlparametern zur Fertigung der Struktur vorgegeben werden, z.B. dass im Bereich der Anbindungsstelle lokal eine größere Leistung eingebracht wird als zur Verfestigung der restlichen Struktur. Alternativ oder zusätzlich kann eine Fertigungsreihenfolge vorgegeben werden, z.B. bestimmt werden, dass die Struktur zeitlich vor oder zusammen mit der Volumenbegrenzung gefertigt wird.
Eine zeitliche Vorgabe hat den Vorteil, dass man vor der Fertigung der Volumenbegrenzung bereits in ihrem Bereich eine verfestigte Oberfläche hat. Dort kann weder Pulver von einer Schmelze weggenommen noch weggeweht werden, welches später zur Struktur würde, da die Struktur dort bereits verfestigt worden ist.
Eine Vergrößerung der Berührungsfläche hat den Vorteil, dass die Anbindung eine zusätzliche Stabilität erfährt. Die Struktur kann z.B. bis in die Volumenbegrenzung hinein verlaufen (ggf. bis in deren Infill) oder an der Anbindungsstelle verdickt sein, z.B. mit zusätzlichen Verfestigungslinien bzw. mit einem konischen Übergang. Diese Vergrößerung kann mit einer vorgezogenen Fertigung der Struktur einhergehen, die Verdickung kann jedoch auch zusammen mit der Volumenbegrenzung gefertigt werden, z.B. indem ein trompetenförmiger Übergang als Teil der Volumenbegrenzung gefertigt wird und die Struktur bis in diesen Übergang hineinragt.
Das Profil von Strahlparametern kann z.B. vorgeben, dass an der Anbindungsstelle die Struktur mit einer höheren Leistung gefertigt wird, als im übrigen Bereich. Dies kann durch zeitliche Modulation des Strahls (kontinuierlicher Betrieb im Bereich der Anbindungsstelle, gepulster Betrieb im übrigen Bereich) erreicht werden oder durch energetische Modulation (hohe Energie im Bereich der Anbindungsstelle, niedrigere Energie im übrigen Bereich der Struktur), es kann aber auch die Intensität entsprechend geregelt werden (hohe Intensität im Bereich der Anbindungsstelle, niedrigere Intensität im übrigen Bereich der Struktur).
Dieser vorgegebene Fertigungsmodus kann nun zur Änderung des Objektmodells verwendet werden, z.B. dessen Geometrie durch Verdicken der Anbindungsstellen ändern oder Parameter zur Fertigung ändern. Alternativ oder zusätzlich können Steuerdaten zur Fertigung eines Objekts aus dem Objektmodell gemäß dem vorgegebenen Fertigungsmodus generiert und ausgegeben werden. Letztendlich dient dieser Schritt dazu, dass ein Objekt gemäß dem Fertigungsmodus mit einer verbesserten Anbindung der dünnen Wände gefertigt werden kann.
Erfindungsgemäße Steuerdaten wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erstellt. Sie unterscheiden sich von herkömmlichen Steuerdaten, da sie gezielt geometrische Veränderungen am Modell umfassen (z.B. Verdickungen) und/oder gezielte Fertigungsreihenfolgen (z.B. dünne Wände vor dicken Volumenbegrenzungen) und/oder Vorgaben zur unterschiedlichen Strahlführung bei den dünnen Wänden (z.B. Anbindungsstelle mit mehr Leistung verfestigen als die restliche Struktur).
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Verbesserung einer Anbindung einer dünnen Struktur an ein ausgedehntes Volumen bei einem schichtweise gefertigten Objekt basierend auf einem virtuellen dreidimensionalen Objektmodell durch Verfestigung eines pulverförmigen Aufbaumaterials mittels Strahlung, das Verfahren Sie umfasst die folgenden Komponenten:
- eine Ermittlungseinheit ausgelegt zum Ermitteln einer Anzahl von Anbindungsstellen im Objektmodell, an denen eine Struktur mit einer Dicke unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts („dünne Struktur“ an eine Volumenbegrenzung anbindet, deren Dicke einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt,
- eine Fertigungsmodus-Einheit ausgelegt zum Vorgeben eines Fertigungsmodus für eine Anzahl von ermittelten Anbindungsstellen dermaßen, dass für eine Anbindungsstelle einer Struktur an eine Volumenbegrenzung die Berührungsfläche zwischen Struktur und Volumenbegrenzung vergrößert wird und/oder eine Fertigungsreihenfolge vorgegeben wird, gemäß der die Struktur, zeitlich vor oder mit der entsprechenden Volumenbegrenzung gefertigt wird, - eine Änderungseinheit ausgelegt zum Ändern des Objektmodells und/oder Generieren von Steuerdaten zur Fertigung eines Objekts aus dem Objektmodell gemäß dem vorgegebenen Fertigungsmodus.
Die Funktion der Komponenten der Vorrichtung wurde bereits vorangehend beschrieben. Die Vorrichtung ist bevorzugt zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt. Die Vorrichtung sorgt dafür, dass dünne Strukturen an andere Strukturen eines Objekts optimal angebunden sind. Den oben aufgeführten Nachteilen, nämlich dass ausgedehnte Strukturen Pulver in ihrer Umgebung vereinnahmen, kann die Vorrichtung mit der Fertigungsmodus-Einheit effektiv entgegenwirken.
Eine erfindungsgemäße Fertigungsvorrichtung zur Durchführung eines Fertigungsprozesses, bei dem ein Objekt basierend auf einem virtuellen dreidimensionalen Objektmodell durch schichtweise Verfestigung eines pulverförmigen Aufbaumaterials mittels Strahlung aufgebaut wird, umfasst eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Fertigungsprozesses und eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Die Erfindung kann insbesondere in Form einer Rechnereinheit mit geeigneter Software realisiert sein. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen. Insbesondere kann sie in Form von geeigneten Softwareprogrammteilen in der Rechnereinheit realisiert sein. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Rechnereinheiten auf einfache Weise durch ein Software- bzw. Firmware- Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Rechnereinheit ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Rechnereinheit ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware- Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
Zum Transport zur Rechnereinheit und/oder zur Speicherung an oder in der Rechnereinheit kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den Ansprüchen und Beschreibungsteilen zu einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.
Bevorzugt wird eine Anbindungsstelle mittels Durchsuchen des Objektmodells auf Wände mit einer Dicke unterhalb des vorgegebenen Grenzwerts und auf einen Berührungsbereich dieser Wände mit Volumenbegrenzungen des Objektmodells ermittelt. Das Objektmodell kann dazu auf Strukturen durchsucht werden, die längs einer Länge ausgedehnt sind und deren Dicke oder Höhe (im Grunde ihre Ausdehnung in einer Raumrichtung) den Grenzwert unterschreitet, Genauso (nur mit dem anderen Grenzwert für deren minimale Dicke) können die Volumenbereiche ermittelt werden. Anbindungsstellen werden nun dort definiert, wo die Strukturen auf die Volumenbereiche treffen (im „Berührungsbereich“).
Bevorzugt wird dabei ein Berührungsbereich nur dann als Anbindungsstelle angesehen, wenn die Wand in einem vorbestimmten Winkelbereich um die Flächennormale der Volumenbegrenzung herum verläuft. Der Winkelbereich ist z.B. bevorzugt kleiner 120°, bzw. plus/minus 60° zur Flächennormalen der Oberfläche der Volumenbegrenzung. Bei schrägen Anbindungsstellen könnte selbst eine dünne Wand einen ausreichenden Berührungsbereich mit der Volumenbegrenzung aufweisen. Es könnte hier von Vorteil sein, dass ab einem vorgegebenen Grenzwinkel nur eine einseitige Verdickung der Struktur erfolgt, nämlich insbesondere zwischen der Struktur und dem ausgedehnten Volumen. Es ist auch bevorzugt, dass der Fertigungsmodus in Abhängigkeit von dem Winkel ausgewählt wird. Hier kann bevorzugt die Ermittlungseinheit anhand vorgegebener Grenzwinkel entscheiden, ob und welche Verstärkung erforderlich wird, also welcher Fertigungsmodus angewendet werden sollte, und dies der Fertigungsmodus-Einheit mitteilen. Auch könnte dies die Fertigungsmodus-Einheit entscheiden. Diese Ausführungsform kann besonders für gekrümmte Strukturen von Vorteil sein.
Bevorzugt modifiziert der Fertigungsmodus die Anbindungsstelle dahingehend, dass die dünne Struktur für eine vorgegebene Strecke in die Volumenbegrenzung hinein verlängert wird. Die dünne Struktur überlappt also mit dem Volumenbereich (des ausgedehnten Volumens). Hier kann durchaus der Bereich der Überlappung mehrfach Strahlung erfahren: Einmal beim Fertigen der Struktur und einmal beim Fertigen des Volumenbereichs. Die dünne Struktur kann dabei bis in den Infill des Volumenbereichs hineinragen. Der Bereich der Überlappung ist dabei bevorzugt länger als 0,1 mm, insbesondere länger als 0,5 mm, jedoch bevorzugt kürzer als 5 mm oder bevorzugt für ein vorgegebenes Vielfaches der Dicke der Struktur. Dies vergrößert die Berührungsfläche zwischen Struktur und Volumenbegrenzung.
Die Strecke, mit der die Struktur in den Volumenbereich hineinragt, kann bevorzugt von ihrer Dicke abhängen. Dazu kann ein Faktor festgelegt werden, mit dem die Dicke der Struktur multipliziert wird oder durch den die Dicke der Struktur dividiert wird, um die Länge der Strecke der Überlappung zu bestimmen. Es kann auch dieser Faktor durch die Dicke der Struktur geteilt werden. Dies führt dazu, dass der Teil der Struktur, der in den Volumenbereich hineinragt, kleiner wird, je dicker die Struktur ist. Beispielsweise kann die Strecke S der Überschneidung mit dem vorgegebenen Faktor f und der Dicke D der Struktur über die Formel S = f ■ D berechnet werden oder mit der Formel S = f / D. Der Faktor f liegt bevorzugt zwischen 1 und 50, besonders bevorzugt zwischen 3 und 10.
Bevorzugt ist der verlängerte Teil dicker als die Struktur. Er kann aber auch bevorzugt mit zunehmender Eindringtiefe dicker werden. Dies hat den Vorteil, dass die Struktur mit der Volumenbegrenzung verzahnt wird.
Bevorzugt bestimmt der Fertigungsmodus, dass die Anbindungsstelle in einem vorgegebenen Bereich vor der Volumenbegrenzung verdickt wird. Dieser Bereich endet bevorzugt weniger als 5 mm vom Volumenbereich entfernt, vorzugsweise weniger als 3 mm oder gar weniger als 2 mm. Es werden dabei bevorzugt Strukturen hinzugefügt, die parallel zur Struktur verlaufen und diese berühren, z.B. weitere Verfestigungslinien parallel zu denen der Struktur. Alternativ oder zusätzlich wird die Struktur dort parallel verbreitert. Alternativ oder zusätzlich wird ein konischer oder trompetenförmiger Übergang zwischen Struktur und Volumenbegrenzung geformt, insbesondere trompetenförmig mit Radien bzw. Mattek- Radien. Eine solche Verdickung hat neben der besseren Anbindung zusätzlich noch einen vorteilhaften aussteifenden Effekt.
Bevorzugt bestimmt der Fertigungsmodus, dass an der Anbindungsstelle die Struktur mit anderen Strahlparametern gefertigt wird als andere Bereiche der Struktur. Bevorzugt wird dabei an der Anbindungsstelle die Struktur mit einer höheren Leistung und/oder einem größeren Strahldurchmesser gefertigt. Verglichen mit der Fertigung der übrigen Struktur ist dabei bevorzugt, dass an der Anbindungsstelle:
- die Leistung einer kontinuierlichen Strahlung höher ist, und/oder
- die Strahlzeit (bei PWM entspricht dies dem Tastverhältnis) einer gepulsten Strahlung höher ist (z.B. kontinuierlich), und/oder
- ein höherer Energieeintrag erfolgt, und/oder
- eine andere Energieverteilung im Strahlungspunkt (z.B. ein anderes BeamShaping Design) verwendet wird, und/oder
- ein größerer Strahlungspunkt verwendet wird.
All dies vergrößert den Wärmeeintrag. Wichtig ist dabei, dass die Anbindungsstelle mit einem größeren Wärmeeintrag gefertigt wird als der Rest der betreffenden Struktur.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Anbindungsstelle als Teil der Volumenbegrenzung geformt, bevorzugt zusammen mit einem Teil der Struktur, wobei bevorzugt Verfestigungsvektoren zur Fertigung der Volumenbegrenzung so gestaltet werden, dass sie die Anbindungsstelle und bevorzugt auch einen Teil der Struktur formen. Beispielsweise kann der Rand der Volumenbegrenzung über einen Radius in die Struktur auslaufen bzw. ein Verfestigungspfad als Rand der Volumenbegrenzung beginnen und als Teil der Struktur enden.
Bevorzugt gibt der Fertigungsmodus zusätzlich eine lokale Verdickung der Volumenbegrenzung im Bereich der Anbindungsstelle vor. Dies kann Alternativ oder zusätzlich zu einer Verdickung der Struktur erfolgen.
Es sei darauf hingewiesen, dass ein Fertigungsmodus nicht für alle Anbindungsstellen identisch sein muss. Abhängig von der Dicke der Struktur, deren Winkel zur Volumenbegrenzung und oder der Länge der Struktur bzw. Abhängig von einem vorgegebenen Belastungsprofil könnten für unterschiedlichen Anbindungsstellen auch unterschiedliche Fertigungsmodi angegeben werden.
Bevorzugt ist auch eine Aufbereitung der Geometrie oder von Scanpattern für einen optimalen Übergang zwischen einer dünnen Struktur und einem massiven Bauteilbereich. Insbesondere erreichen horizontale Stege mit Downskin in einem feinen Gitter (z.B. mit einem Gitterabstand von 1 bis 1 ,5 mm) eine bessere Anbindung durch lokale doppelte Einzelvektoren und einen optimierten Energieeintrag.
Bevorzugt erfolgt vor dem Ermitteln einer Anzahl von Anbindungsstellen im Objektmodell eine Konzeption und ein Design des Objektmodells und dessen Erstellung, insbesondere mittels eines CAD-Programms. Das Objektmodell kann dabei ein Volumenmodell mit dünnen Strukturen mit kleiner Ausdehnung sein oder auch ein Volumenmodell kombiniert mit oder zumindest teilweise erstellt aus Flächenelementen sein, wobei die Flächenelemente die dünnen Strukturen beschreiben. Es erfolgt wie bereits oben zum erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben die Bestimmung dünner Strukturen und deren Anbindungsstellen an eine Volumenbegrenzung.
Bevorzugt werden Anbindungsstellen in 2D-Schichten eines in Schichten zerlegten Objektmodells ermittelt oder in einem 3D Objektmodell M.
Vorzugsweise wird abgefragt, ob eine manuelle oder eine automatische Geometrie- Anpassung erfolgen soll. Manuelle Anpassungen können durch einen Benutzer direkt am Objektmodell vorgenommen werden, wobei hier bevorzugt ist, dass die Anbindungsstellen automatisiert in einem CAD-Programm markiert werden. Da die Anbindungsstellen ja bekannt sind und damit auch deren Position, ist eine Markierung unproblematisch.
Wie bereits beschrieben kann beispielsweise für die Anbindungsstellen die Berührungsfläche zwischen Struktur und Volumenbegrenzung vergrößert werden bzw. ein Profil von Strahlparametern zur Fertigung der Struktur vorgegeben werden bzw. eine Fertigungsreihenfolge vorgegeben werden, gemäß der die Struktur, zeitlich vor oder zusammen mit der entsprechenden Volumenbegrenzung gefertigt wird. Dies erfolgt nach einem vorgegebenen Fertigungsmodus. Es können also z.B. für einen Teil der Anbindungen Strahlparameter angepasst werden, für einen anderen Teil Verdickungen der Anbindungsstellen durchgeführt werden und für einen weiteren Teil Fertigungsreihenfolgen vorgegeben werden.
Zuletzt werden dann wieder Steuerbefehle zum Aufbau eines Objekts gemäß dem Objektmodell im Lichte der Modifikationen generiert und ggf. ein finales Setup der Fertigungsvorrichtung durchgeführt. Alternativ kann das Objektmodell entsprechend der Modifikationen geändert werden und danach in Fertigungsschichten unterteilt werden. Bevorzugt ist der Einsatz von Kl-basierten Verfahren (Kl: „Künstliche Intelligenz“) für das erfindungsgemäße Verfahren. Eine künstliche Intelligenz basiert auf dem Prinzip des maschinenbasierten Lernens, und wird in der Regel mit einem lernfähigen Algorithmus durchgeführt der entsprechend trainiert worden ist. Für maschinenbasiertes Lernen wird häufig der englische Ausdruck „Machine Learning“ verwendet, wobei hier auch das Prinzip des „Deep Learning“ mit umfasst wird. Eine entsprechend trainierte Kl kann zum Finden von Anbindungsstellen verwendet werden und/oder zum Festlegen eines Fertigungsmodus.
Bevorzugt umfasst die Ermittlungseinheit ein Modul mit einem maschinenlernfähigen Modell, welches auf eine Ermittlung von Anbindungsstellen in einem Objektmodell trainiert worden ist. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass Anbindungsstellen in einer Vielzahl von Objektmodellen als solche gekennzeichnet werden, z.B. manuell, und diese gekennzeichneten Objektmodelle dann zum Trainieren des Modells verwendet werden.
Bevorzugt umfasst die Fertigungsmodus-Einheit ein Modul mit einem maschinenlernfähigen Modell, welches auf eine Vorgabe eines Fertigungsmodus für eine Anbindungsstelle trainiert worden ist. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass Anbindungsstellen in einer Vielzahl von Objektmodellen ein präferierter Fertigungsmodus zugewiesen worden ist, z.B. manuell, und diese gekennzeichneten Objektmodelle dann zum Trainieren des Modells verwendet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung zur additiven Fertigung mit einer erfindungsgemäßen Modifikationsvorrichtung,
Figur 2 ein Beispiel für eine Anbindung einer Wand an eine Volumenbegrenzung,
Figur 3 Probleme bei einer Anbindung einer Wand an eine Volumenbegrenzung,
Figur 4 eine bevorzugte Vorgehensweise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 5 eine bevorzugte Anbindung einer Wand an eine Volumenbegrenzung,
Figur 6 eine weitere bevorzugte Anbindung einer Wand an eine Volumenbegrenzung,
Figur 7 einen bevorzugten Fertigungsmodus,
Figur 8 eine weitere bevorzugte Anbindung einer Wand an zwei Volumenbegrenzungen,
Figur 9 eine schräge Ankopplung einer Struktur,
Figur 10 eine Verzahnung der Struktur,
Figur 11 ein Blockdiagramm zum Verfahren.
Figur 12 ein Diagramm zu einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele werden mit Bezug auf eine Fertigungsvorrichtung 1 zur additiven Fertigung von Bauteilen in Form einer selektiven Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung beschrieben, wobei explizit noch einmal darauf hingewiesen ist, dass die Erfindung nicht auf selektive Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtungen beschränkt ist.
Eine solche Fertigungsvorrichtung 1 ist schematisch in Figur 1 gezeigt. Sie weist eine Prozesskammer 3 bzw. einen Prozessraum 3 mit einer Kammerwandung 4 auf, in der im Wesentlichen der Fertigungsprozess abläuft. In der Prozesskammer 3 befindet sich ein nach oben offener Behälter 5 mit einer Behälterwandung 6. Die obere Öffnung des Behälters 5 bildet die jeweils aktuelle Arbeitsebene 7. Der innerhalb der Öffnung des Behälters 5 liegende Bereich dieser Arbeitsebene 7 kann zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden und wird daher als Baufeld 8 bezeichnet.
Der Behälter 5 weist eine in einer vertikalen Richtung V bewegliche Grundplatte 11 auf, die auf einem Träger 10 angeordnet ist. Diese Grundplatte 11 schließt den Behälter 5 nach unten ab und bildet damit dessen Boden. Die Grundplatte 11 kann integral mit dem Träger 10 gebildet sein, sie kann aber auch eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein und an dem Träger 10 befestigt oder auf diesem einfach gelagert sein. Je nach Art des konkreten Aufbaumaterials, also beispielsweise des verwendeten Pulvers, und des Fertigungsprozesses kann auf der Grundplatte 11 eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Grundsätzlich kann das Objekt 2 aber auch auf der Grundplatte 11 selbst aufgebaut werden, die dann die Bauunterlage bildet.
Der grundsätzliche Aufbau des Objekts 2 erfolgt, indem eine Schicht des Aufbaumaterials 13 zunächst auf die Bauplattform 12 aufgebracht wird, dann mit einem Laserstrahl 22 als Energiestrahl an den Punkten, welche Teile des zu fertigenden Objekts 2 bilden sollen, das Aufbaumaterial 13 selektiv verfestigt wird, dann mit Hilfe des Trägers 10 die Grundplatte 11 , somit die Bauplattform 12 abgesenkt wird und eine neue Schicht des Aufbaumaterials 13 aufgetragen und selektiv verfestigt wird usw. In Figur 1 ist das in dem Behälter auf der Bauplattform 12 aufgebaute Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt. Es weist bereits mehrere verfestigte Schichten auf, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 13. Als Aufbaumaterial 13 können verschiedene Materialien verwendet werden, vorzugsweise Pulver, insbesondere Metallpulver, Kunststoffpulver, Keramikpulver, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver oder auch pastöse Materialien sowie optional eine Mischung mehrerer Materialien.
Frisches Aufbaumaterial 15 befindet sich in einem Vorratsbehälter 14 der Fertigungsvorrichtung 1. Mit Hilfe eines in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichters 16 kann das Aufbaumaterial in der Arbeitsebene 7 bzw. innerhalb des Baufelds 8 in Form einer dünnen Schicht aufgebracht werden.
Optional befindet sich in der Prozesskammer 3 eine zusätzliche Strahlungsheizung 17. Diese kann zum Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials 13 dienen, so dass die für die selektive Verfestigung genutzte Bestrahlungseinrichtung nicht zu viel Energie einbringen muss. Das heißt, es kann beispielsweise mit Hilfe der Strahlungsheizung 17 schon eine Menge an Grundenergie in das Aufbaumaterial 13 eingebracht werden, welche natürlich noch unterhalb der notwendigen Energie ist, bei der das Aufbaumaterial 13 verschmilzt oder sintert. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler oder VCSEL-Strahler genutzt werden.
Zum selektiven Verfestigen weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine Bestrahlungsvorrichtung 20 bzw. konkret Belichtungsvorrichtung 20 mit einem Laser 21 auf. Dieser Laser 21 erzeugt einen Laserstrahl 22, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt wird, um so die gemäß der Belichtungsstrategie vorgesehenen Belichtungspfade oder Spuren (Hatchlinien) in der jeweils selektiv zu verfestigenden Schicht abzufahren und selektiv die Energie einzubringen. Weiter wird dieser Laserstrahl 22 durch eine Fokussiereinrichtung 24 auf die Arbeitsebene 7 in geeigneter Weise fokussiert. Die Bestrahlungsvorrichtung 20 befindet sich hier bevorzugt außerhalb der Prozesskammer 3 und der Laserstrahl 22 wird über ein an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebrachtes Einkoppelfenster 25 in die Prozesskammer 3 geleitet.
Die Bestrahlungsvorrichtung 20 kann beispielsweise nicht nur einen, sondern mehrere Laser umfassen. Vorzugsweise kann es sich hierbei um Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Laser wie z. B. Laserdioden handeln, insbesondere VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) oder eine Zeile dieser Laser. Ganz besonders bevorzugt können im Rahmen der Erfindung ein oder mehrere unpolarisierte Single-Mode-Laser, z. B. ein 3 kW-Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1070 nm, eingesetzt werden.
Zur Steuerung der Einheiten der Fertigungsvorrichtung 1 dient eine Steuereinrichtung 30 umfassend eine Steuereinheit 29, welche die Komponenten der Bestrahlungsvorrichtung 20, nämlich hier den Laser 21 , die Umlenkvorrichtung 23 und die Fokussiervorrichtung 24, ansteuert.
Die Steuereinheit 29 steuert auch mittels geeigneter Heizungssteuerdaten HS die Strahlungsheizung 17 an, mittels Beschichtungssteuerdaten ST den Beschichter 16 und mittels Trägersteuerdaten TS die Bewegung des Trägers 10 und steuert somit die Schichtdicke.
Steuereinrichtung 30 umfasst hier eine erfindungsgemäße Vorrichtung 34 zur Verbesserung einer Anbindung einer dünnen Struktur an ein ausgedehntes Volumen bei einem Objekt 2 basierend auf einem virtuellen dreidimensionalen Objektmodell M durch Verfestigung eines Pulvers mittels Strahlung. Die Vorrichtung 34 umfasst eine Ermittlungseinheit 36, eine Fertigungsmodus-Einheit 37 und eine Änderungseinheit 38.
Die Ermittlungseinheit 36 dient zum Ermitteln einer Anzahl von Anbindungsstellen A im Objektmodell M, an denen eine Struktur W mit einer Dicke unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts an eine Volumenbegrenzung B anbindet, deren Dicke einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
Die Fertigungsmodus-Einheit 37 dient zum Vorgeben eines Fertigungsmodus F für eine Anzahl von ermittelten Anbindungsstellen A dermaßen, dass für eine Anbindungsstelle A einer Struktur W an eine Volumenbegrenzung B die Berührungsfläche zwischen Struktur W und Volumenbegrenzung B vergrößert wird und/oder eine Fertigungsreihenfolge vorgegeben wird, gemäß der die Struktur W, zeitlich vor oder mit der entsprechenden Volumenbegrenzung B gefertigt wird.
Die Änderungseinheit 38 dient zum Ändern des Objektmodells M, z.B. wenn Geometrien geändert worden sind oder das Objektmodell M Angaben zur Fertigungsreihenfolge oder zu Strahlungsparametern umfasst. Alternativ oder zusätzlich dient sie zum Generieren von Steuerdaten PS zur Fertigung eines Objekts 2 aus dem Objektmodell M gemäß dem vorgegebenen Fertigungsmodus F.
Die Vorrichtung 34 ist in diesem Beispiel bevorzugt auch zum Erstellen von Steuerdaten PS zum schichtweisen Aufbau eines Objekts 2 ausgelegt, das auf dem Objektmodell M basiert. Die Vorrichtung 34 muss nicht zwingend Teil der Steuereinrichtung 30 sein, auch wenn dies bevorzugt ist. Sie kann auch extern vorliegen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 30 wie hier dargestellt über einen Bus 60 oder eine andere Datenverbindung, mit einem Terminal 40 mit einem Display oder dergleichen gekoppelt sein. Über dieses Terminal 40 kann ein Bediener die Steuereinrichtung 30 und somit die gesamte Lasersintervorrichtung 1 steuern, z.B. durch Übermittlung von Steuerdaten PS, die dort von einer Vorrichtung 34 erzeugt worden sind (wie gestrichelt angedeutet).
Es wird an dieser Stelle auch noch einmal darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Fertigungsvorrichtung 1 beschränkt ist. Sie kann auf andere Verfahren zum generativen bzw. additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials angewendet werden, wobei ein Energiestrahl zum Verfestigen auf das zu verfestigende Aufbaumaterial abgegeben wird. Dementsprechend kann auch die Bestrahlungsvorrichtung nicht nur, wie hier beschrieben, ein Laser sein, sondern es könnte jede Einrichtung verwendet werden, mit der Energie als Wellen- oder Teilchenstrahlung selektiv auf bzw. in das Aufbaumaterial gebracht werden kann. Beispielsweise könnte anstelle eines Lasers eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl etc. verwendet werden.
Figur 2 zeigt ein Beispiel für eine Anbindung einer Wand (W) oder Strebe als Beispiel für eine dünne Struktur W an eine Volumenbegrenzung B, welche hier eine Wand einer ausgedehnten Struktur („Bulk“) ist. Dieses Beispiel liegt in der X-Y-Ebene, also auf dem Baufeld, wobei eine Wand W an der Volumenbegrenzung B in Z-Richtung nach oben ragen würde. Dies stellt hier (wie auch in den nachfolgenden Figuren) jedoch lediglich ein Beispiel dar. Alle in den Figuren 2 bis 10 dargestellten Beispiele können im Grunde beliebig im Raum positioniert sein.
In dieser Figur stößt die Struktur W an einer Anbindungsstelle A stumpf an die Volumenbegrenzung B.
Figur 3 zeigt Probleme bei einer Anbindung einer Wand (W) oder Strebe als Beispiel für eine dünne Struktur W an eine Volumenbegrenzung B wie in Figur 2 dargestellt. Oben ist der Fall gezeigt, dass Schmelze bei der Fertigung des Volumenelements B Pulver aus der Anbindungsstelle A abgezogen hat. Bei der Fertigung der Struktur W stand dort nicht mehr genügend Aufbaumaterial zur Verfügung, so dass in der Anbindungsstelle A eine Verjüngung der Struktur W zu erkennen ist.
In der unteren Darstellung hat sich die Schmelze beim Abkühlen auch noch ungewollt zusammengezogen, so dass die Volumenbegrenzung B hier etwas nach Innen gebogen ist. Zur Verjüngung der Struktur W kommt hier noch hinzu, dass diese überhaupt nicht mehr mit der Volumenbegrenzung B abschließt.
Figur 4 zeigt eine bevorzugte Vorgehensweise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es wird hier zuerst die Struktur W gefertigt (oben, es ist ausreichend Aufbaumaterial da) und erst dann die Volumenbegrenzung B. Zudem wird die Struktur W verlängert, so dass sie ein Wenig mit der Volumenbegrenzung B überlappt. Somit wird beiden Problemen in Figur 3 effektiv entgegengewirkt.
Figur 5 zeigt eine bevorzugte, verdickte Anbindung einer Struktur W an eine Volumenbegrenzung B. Die Verdickung ist trompetenförmig und stellt zusätzlich eine Versteifung des Anschlussbereichs A dar. Die Verdickung ist hier als Teil der Volumenbegrenzung B ausgeführt und überlappt mit der Struktur W. Sie kann aber auch als Teil der Struktur W ausgeführt sein, und ggf. auch in die Volumenbegrenzung B hinein ragen. Letztendlich könnte auch der Rand der Volumenbegrenzung B in die Struktur W übergehen. Figur 6 zeigt eine weitere bevorzugte verdickte Anbindung einer Struktur W an eine Volumenbegrenzung B in Form von zwei zusätzlichen Verfestigungsstrukturen, die bis in die Volumenbegrenzung B hinein ragen.
Figur 7 zeigt einen bevorzugten Fertigungsmodus, bei dem an der Anbindungsstelle A die Bestrahlungsvorrichtung 20 mit einem kontinuierlichen Strahl arbeitet und für die restliche Verfestigung der Struktur W in einem Pulsbetrieb arbeitet.
Figur 8 zeigt eine weitere bevorzugte Anbindung einer Struktur W an zwei übereinanderliegenden Volumenbegrenzungen B. Die Struktur W überlappt dabei mit beiden Volumenbegrenzungen B.
Figur 9 zeigt eine schräge Ankopplung einer Struktur W an eine Volumenbegrenzung B unter dem Winkel a. In diesem Fall weist die Struktur W nur an der der Volumenbegrenzung B eine Verdickung auf. Eine solche einseitige Verdickung ist vorteilhaft, da dadurch die äußere Seite der Struktur W glatt bleibt.
Figur 10 zeigt eine Verzahnung der Struktur W mit der Volumenbegrenzung B, indem der verlängerte Teil der Struktur W, der in die Volumenbegrenzung B hineinragt, mit zunehmender Eindringtiefe dicker wird. Die Verzahnung ist selbstverständlich auch für die schräge Ankopplung der Struktur umsetzbar.
Figur 11 zeigt ein Blockdiagramm zum Verfahren zur Verbesserung einer Anbindung einer Wand (W) oder Strebe als Beispiel für eine dünne Struktur (W) an ein ausgedehntes Volumen bei einem schichtweise gefertigten Objekt 2 basierend auf einem virtuellen dreidimensionalen Objektmodell M durch Verfestigung eines pulverförmigen Aufbaumaterials mittels Strahlung.
In Schritt I wird eine Anzahl von Anbindungsstellen A im Objektmodell M ermittelt, an denen eine Struktur W mit einer Dicke unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts an eine Volumenbegrenzung B (dicke Wand oder Seitenfläche) anbindet, deren Dicke einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
In Schritt II wird ein Fertigungsmodus F für eine Anzahl von ermittelten Anbindungsstellen A dermaßen vorgegeben, dass für eine Anbindungsstelle A einer Struktur W an eine Volumenbegrenzung B die Berührungsfläche zwischen Struktur W und Volumenbegrenzung B vergrößert wird und/oder ein Profil von Strahlparametern zur Fertigung der Struktur W vorgegeben wird und/oder eine Fertigungsreihenfolge vorgegeben wird, gemäß der die Struktur W, zeitlich vor oder zusammen mit der entsprechenden Volumenbegrenzung B gefertigt wird.
In Schritt III werden Steuerdaten PS zur Fertigung eines Objekts 2 aus dem Objektmodell M gemäß dem vorgegebenen Fertigungsmodus F generiert.
In Figur 12 wird ein ausführlicheres Diagramm für ein bevorzugtes Verfahren gezeigt. In Schritt S1 erfolgt eine Konzeption und ein Design eines Objektmodells M. Dieses wird dann in Schritt S2 mittels eines CAD-Programms erstellt und abgespeichert. Das Objektmodell M kann dabei ein Volumenmodell mit dünnen Strukturen mit kleiner Ausdehnung sein oder auch ein Volumenmodell kombiniert mit oder zumindest teilweise erstellt aus Flächenelementen sein, wobei die Flächenelemente die dünnen Strukturen beschreiben.
In Schritt S3 werden Anbindungsstellen A im Objektmodell M ermittelt, an denen eine Struktur W mit einer Dicke unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts an eine Volumenbegrenzung B anbindet, deren Dicke einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Dies kann in einem 3D Objektmodell M erfolgen oder in einem bereits in Schichten zerlegten Objektmodell M.
In Schritt S4 wird abgefragt, ob eine manuelle oder eine automatische Geometrie- Anpassung erfolgen soll. Diesem Schritt kann durchaus eine Abfrage vorausgehen, ob überhaupt eine Anpassung erfolgen soll oder nicht. Für den Fall, dass eine manuelle Anpassung erfolgen soll, kann ein Benutzer diese direkt im CAD-Programm vornehmen. Es könnten dazu die Anbindungsstellen A im CAD-Programm markiert werden. Danach könnte der Schritt S3 erneut durchlaufen werden (wie hier angedeutet) oder direkt zur Fertigung übergangen werden. Ist eine automatische Anpassung erwünscht, wird mit Schritt S5 fortgefahren.
In Schritt S5 wird automatisiert für die Anbindungsstellen A die Berührungsfläche zwischen Struktur W und Volumenbegrenzung B vergrößert und/oder ein Profil von Strahlparametern zur Fertigung der Struktur W vorgegeben und/oder eine Fertigungsreihenfolge vorgegeben, gemäß der die Struktur W, zeitlich vor oder zusammen mit der entsprechenden Volumenbegrenzung B gefertigt wird. Dies erfolgt nach einem vorgegebenen Fertigungsmodus F. Es können also z.B. für einen Teil der Anbindungen A Strahlparameter angepasst werden, für einen anderen Teil Verdickungen der Anbindungsstellen A durchgeführt werden und für einen weiteren Teil Fertigungsreihenfolgen vorgegeben werden.
In Schritt S6 werden dann Steuerbefehle PS zum Aufbau eines Objekts 2 gemäß dem Objektmodell M im Lichte der Modifikationen im Schritt S5 generiert und ggf. ein finales Setup der Fertigungsvorrichtung 1 durchgeführt. Alternativ kann das Objektmodell M entsprechend der Modifikationen im Schritt S5 geändert werden und danach in Fertigungsschichten unterteilt werden.
In Schritt S7 erfolgt dann die Fertigung des Objekts 2.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Erfindung lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen Begriffe wie „Einheit“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die ggf. auch räumlich verteilt sein können. Der Begriff „eine Anzahl“ ist als „mindestens ein(e)“ zu lesen.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur additiven Fertigung / Fertigungsvorrichtung
2 Bauteil / Objekt
3 Prozessraum / Prozesskammer
4 Kammerwandung
5 Behälter
6 Behälterwandung
7 Arbeitsebene
8 Baufeld
10 Träger
11 Grundplatte
12 Bauplattform
13 Aufbaumaterial (im Behälter 5)
14 Vorratsbehälter
15 Aufbaumaterial (im Vorratsbehälter 14)
16 Beschichter
17 Strahlungsheizung
20 Bestrahlungsvorrichtung / Belichtungsvorrichtung
21 Laser
22 Laserstrahl / Energiestrahl
23 Umlenkvorrichtung / Scanner
24 Fokussiereinrichtung
25 Einkoppelfenster
29 Steuereinheit
30 Steuereinrichtung
31 Bestrahlungssteuerschnittstelle
34 Vorrichtung
35 Datenschnittstelle
36 Ermittlungseinheit
37 Fertigungsmodus-Einheit
38 Änderungseinheit
40 Terminal
60 Bus
A Anbindungsstelle
B Volumenbegrenzung F Fertigungsmodus
H horizontale Richtung
HS Heizungssteuerdaten
M Objektmodell PS Prozesssteuerdaten / Steuerdaten
S1 - S7 Verfahrensschritte
Sl Schichtinformationen
ST Beschichtungssteuerdaten
TS T rägersteuerdaten V vertikale Richtung
W Wand / Struktur a Winkel
I - III Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verbesserung einer Anbindung einer dünnen Struktur (W) an ein ausgedehntes Volumen bei einem schichtweise gefertigten Objekt (2) basierend auf einem virtuellen dreidimensionalen Objektmodell (M) durch Verfestigung eines pulverförmigen Aufbaumaterials mittels Strahlung, das Verfahren umfassend die Schritte:
- Ermitteln einer Anzahl von Anbindungsstellen (A) im Objektmodell (M), an denen eine Struktur (W) mit einer Dicke unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts an eine Volumenbegrenzung (B) anbindet, deren Dicke einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt,
- Vorgeben eines Fertigungsmodus (F) für eine Anzahl von ermittelten Anbindungsstellen (A) dermaßen, dass für eine Anbindungsstelle (A) einer Struktur (W) an eine Volumenbegrenzung (B) die Berührungsfläche zwischen Struktur (W) und Volumenbegrenzung (B) vergrößert wird und/oder ein Profil von Strahlparametern zur Fertigung der Struktur (W) vorgegeben wird und/oder eine Fertigungsreihenfolge vorgegeben wird, gemäß der die Struktur (W), zeitlich vor oder zusammen mit der entsprechenden Volumenbegrenzung (B) gefertigt wird,
- Ändern des Objektmodells (M) und/oder Generieren von Steuerdaten (PS) zur Fertigung eines Objekts (2) aus dem Objektmodell (M) gemäß dem vorgegebenen Fertigungsmodus (F).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei eine Anbindungsstelle (A) mittels Durchsuchen des Objektmodells (M) auf Wände mit einer Dicke unterhalb des vorgegebenen Grenzwerts und auf einen Berührungsbereich dieser Wände mit Volumenbegrenzungen (B) des Objektmodells (M) ermittelt wird, bevorzugt wobei ein Berührungsbereich nur dann als Anbindungsstelle (A) angesehen wird, wenn die Struktur (W) in einem vorbestimmten Winkelbereich um die Flächennormale der Volumenbegrenzung (B) herum verläuft.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fertigungsmodus (F) die Anbindungsstelle (A) dahingehend modifiziert, dass die Struktur (W) für eine vorgegebene Strecke, bevorzugt länger als 0,1 mm, jedoch bevorzugt kürzer als 5 mm oder bevorzugt für ein vorgegebenes Vielfaches der Dicke der Struktur (W), in die Volumenbegrenzung (B) hinein verlängert wird, bevorzugt wobei der verlängerte Teil dicker ist als die Struktur (W) und/oder mit zunehmender Eindringtiefe dicker wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fertigungsmodus (F) bestimmt, dass die Anbindungsstelle (A) in einem vorgegebenen Bereich vor der Volumenbegrenzung (B) verdickt wird, bevorzugt wobei
- Strukturen hinzugefügt werden, die parallel zur Struktur (W) verlaufen und diese berühren,
- die Struktur (W) dort parallel verbreitert wird oder
- ein konischer oder trompetenförmiger Übergang zwischen Struktur (W) und Volumenbegrenzung (B) geformt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fertigungsmodus (F) bestimmt, dass an der Anbindungsstelle (A) die Struktur (W) mit anderen Strahlparametern gefertigt wird als andere Bereiche der Struktur (W), wobei an der Anbindungsstelle (A) die Struktur (W) bevorzugt mit einer höheren Leistung und/oder einem größeren Strahldurchmesser gefertigt wird, bevorzugt wobei verglichen mit der Fertigung der übrigen Struktur (W) an der Anbindungsstelle (A)
- die Leistung einer kontinuierlichen Strahlung höher ist, und/oder
- die Strahlzeit einer gepulsten Strahlung höher ist, und/oder
- ein höherer Energieeintrag erfolgt, und/oder
- eine andere Energieverteilung im Strahlungspunkt verwendet wird, und/oder
- ein größerer Strahlungspunkt verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anbindungsstelle (A) als Teil der Volumenbegrenzung (B) geformt wird, bevorzugt zusammen mit einem Teil der Struktur (W), wobei bevorzugt Verfestigungsvektoren zur Fertigung der Volumenbegrenzung (B) so gestaltet werden, dass sie die Anbindungsstelle (A) und bevorzugt auch einen Teil der Struktur (W) formen.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fertigungsmodus (F) zusätzlich dermaßen gestaltet wird, dass er eine lokale Verdickung der Volumenbegrenzung (B) im Bereich der Anbindungsstelle (A) vorgibt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei vor dem Ermitteln einer Anzahl von Anbindungsstellen (A) im Objektmodell (M) eine Konzeption und ein Design des Objektmodells M erfolgt und dessen Erstellung, insbesondere mittels eines CAD- Programms, bevorzugt wobei Anbindungsstellen A in 2D-Schichten eines in Schichten zerlegten Objektmodells M ermittelt werden oder in einem 3D Objektmodell M, und vorbei vorzugsweise abgefragt wird, ob eine manuelle oder eine automatische Anpassung erfolgen soll.
9. Steuerdaten (PS), welche nach einem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche erstellt worden sind.
10. Vorrichtung (34) zur Verbesserung einer Anbindung einer dünnen Struktur (W) an ein ausgedehntes Volumen bei einem schichtweise gefertigten Objekt (2) basierend auf einem virtuellen dreidimensionalen Objektmodell (M) durch Verfestigung eines pulverförmigen Aufbaumaterials mittels Strahlung, das Verfahren umfassend:
- eine Ermittlungseinheit (36) ausgelegt zum Ermitteln einer Anzahl von Anbindungsstellen (A) im Objektmodell (M), an denen eine Struktur (W) mit einer Dicke unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts an eine Volumenbegrenzung (B) anbindet, deren Dicke einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt,
- eine Fertigungsmodus-Einheit (37) ausgelegt zum Vorgeben eines Fertigungsmodus (F) für eine Anzahl von ermittelten Anbindungsstellen (A) dermaßen, dass für eine Anbindungsstelle (A) einer Struktur (W) an eine Volumenbegrenzung (B) die Berührungsfläche zwischen Struktur (W) und Volumenbegrenzung (B) vergrößert wird und/oder eine Fertigungsreihenfolge vorgegeben wird, gemäß der die Struktur (W), zeitlich vor oder mit der entsprechenden Volumenbegrenzung (B) gefertigt wird,
- eine Änderungseinheit (38) ausgelegt zum Ändern des Objektmodells (M) und/oder Generieren von Steuerdaten (PS) zur Fertigung eines Objekts (2) aus dem Objektmodell (M) gemäß dem vorgegebenen Fertigungsmodus (F).
11. Fertigungsvorrichtung (1) ausgelegt zur Durchführung eines Fertigungsprozesses, bei dem ein Objekt (2) basierend auf einem virtuellen dreidimensionalen Objektmodell (M) durch schichtweise Verfestigung eines pulverförmigen Aufbaumaterials mittels Strahlung aufgebaut wird, umfassend eine Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des Fertigungsprozesses und eine Vorrichtung (34) nach Anspruch 10.
12. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Rechnereinheit, insbesondere einer Steuereinrichtung (30) einer additiven Fertigungsvorrichtung (1), ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Rechnereinheit ausgeführt wird.
13. Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8 auszuführen.
PCT/EP2025/064589 2024-06-07 2025-05-27 Verfahren und vorrichtung zur verbesserung einer anbindung einer dünnen struktur Pending WO2025252532A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024116027.6 2024-06-07
DE102024116027.6A DE102024116027A1 (de) 2024-06-07 2024-06-07 Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung einer Anbindung einer dünnen Struktur

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025252532A1 true WO2025252532A1 (de) 2025-12-11

Family

ID=95939237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2025/064589 Pending WO2025252532A1 (de) 2024-06-07 2025-05-27 Verfahren und vorrichtung zur verbesserung einer anbindung einer dünnen struktur

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102024116027A1 (de)
WO (1) WO2025252532A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108889948A (zh) * 2018-08-24 2018-11-27 合肥工业大学 一种用于薄壁件增材制造的分区扫描方法
CN111318701A (zh) * 2020-04-01 2020-06-23 大连理工大学 薄壁异形金属构件增材制造过程残余应力控制方法
US20210053119A1 (en) * 2018-03-20 2021-02-25 Siemens Aktiengesellschaft Method for selectively irradiating a material layer, method for providing a data set, device and computer program product
CN115889810A (zh) * 2022-10-28 2023-04-04 首都航天机械有限公司 一种薄壁密排流道构件激光选区熔化成形变形控制技术
WO2025082688A1 (en) * 2023-10-20 2025-04-24 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Method of optimizing a powder-bed-based additive manufacturing process and related system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1533113A1 (de) * 2003-11-14 2005-05-25 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperatur-Schichtsystem zur Wärmeableitung und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102018201739A1 (de) * 2018-02-05 2019-08-08 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung eines Steuerbefehlssatzes
EP3629202A1 (de) * 2018-09-26 2020-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur optimierung eines modells eines durch ein additives fertigungsverfahren herzustellenden bauteils, verfahren zum herstellen eines bauteils, computerprogramm sowie datenträger
DE102022119792A1 (de) * 2022-08-05 2024-02-08 Arburg Gmbh + Co Kg Stützgeometrie

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210053119A1 (en) * 2018-03-20 2021-02-25 Siemens Aktiengesellschaft Method for selectively irradiating a material layer, method for providing a data set, device and computer program product
CN108889948A (zh) * 2018-08-24 2018-11-27 合肥工业大学 一种用于薄壁件增材制造的分区扫描方法
CN111318701A (zh) * 2020-04-01 2020-06-23 大连理工大学 薄壁异形金属构件增材制造过程残余应力控制方法
CN115889810A (zh) * 2022-10-28 2023-04-04 首都航天机械有限公司 一种薄壁密排流道构件激光选区熔化成形变形控制技术
WO2025082688A1 (en) * 2023-10-20 2025-04-24 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Method of optimizing a powder-bed-based additive manufacturing process and related system

Also Published As

Publication number Publication date
DE102024116027A1 (de) 2025-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3648955B1 (de) Optimiertes segmentierungsverfahren
EP3285988B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines dreidimensionalen objekts
EP3585592B1 (de) Homogenisierung des energieeintrags
EP3362259B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen objekts
EP3579998B1 (de) Erhöhung der oberflächenqualität
WO2019158303A1 (de) Additives herstellverfahren mit kontrollierter verfestigung und zugehörige vorrichtung
EP3743261B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verbesserung der bauteilqualität von durch ein additives herstellverfahren hergestellten objekten
EP3566856B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verbesserung der bauteilhomogenität von durch ein additives herstellverfahren hergestellten objekten
WO2018172080A1 (de) Belichtungsstrategie in mehrstrahl-am-systemen
DE102016203955A1 (de) Generatives Schichtbauverfahren mit verbesserter Detailauflösung und Vorrichtung zur Durchführung desselben
WO2018172079A1 (de) Überlappoptimierung
WO2019020340A1 (de) Hubsystem für eine vorrichtung und ein verfahren zum generativen herstellen eines dreidimensionalen objekts
WO2018206581A1 (de) Positionsspezifischer energieeintrag
WO2025252532A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verbesserung einer anbindung einer dünnen struktur
EP4665526A1 (de) Belichtungsstrategie innerhalb von querschnitten
EP3752346B1 (de) Selektive nachbelichtung
DE102024207374A1 (de) Hatch-Strategie beim Verfestigen des Aufbaumaterials in einem additiven Herstellverfahren
WO2023213690A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur generierung von bestrahlungs-steuerdaten für eine vorrichtung zur additiven fertigung eines bauteils
DE102024207373A1 (de) Hatch-Strategie beim Verfestigen des Aufbaumaterials in einem additiven Herstellverfahren
EP4511183A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur generierung von steuerdaten für eine vorrichtung zur additiven fertigung eines bauteils
WO2026067991A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum verbessern der qualität eines schichtweise additiv gefertigten objekts
WO2025157553A1 (de) VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ADDITIVEN FERTIGUNG VON WERKSTÜCKEN MIT VERRINGERTER HEIßRISSBILDUNG
DE102014010930A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 25729504

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1