DE102016201086A1

DE102016201086A1 - ADDITIVE MANUFACTURING SYSTEM AND TEST METHODS FOR ADDITIVELY MANUFACTURED COMPONENTS

Info

Publication number: DE102016201086A1
Application number: DE102016201086.7A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Michael WIENBERG
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Ein Prüfverfahren für additiv gefertigte Bauteile weist die Schritte des Aufnehmens, während der Durchführung eines generativen Fertigungsprozesses für ein additiv gefertigtes Bauteil, einer Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten einer Arbeitsoberfläche des Fertigungsprozesses, des Aufnehmens, während der Durchführung des generativen Fertigungsprozesses, einer Serie von mit der Serie von photographischen Bilddaten korrespondierenden zweidimensionalen thermographischen Bilddaten der Arbeitsoberfläche des Fertigungsprozesses auf.A test method for additively manufactured components comprises the steps of picking up while performing a generative manufacturing process for an additively manufactured component, a series of two-dimensional photographic image data of a working surface of the manufacturing process, picking up while performing the additive manufacturing process, a series of the Series of photographic image data corresponding two-dimensional thermographic image data of the working surface of the manufacturing process.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein zerstörungsfreies Prüfverfahren für additiv gefertigte Bauteile sowie ein System zur additiven Fertigung von Bauteilen, bei dem ein zerstörungsfreies Prüfen während der Fertigung möglich ist, insbesondere für einen Einsatz in der Herstellung von Bauteilen mit verbesserten Materialeigenschaften im Luft- und Raumfahrtbereich.The invention relates to a non-destructive testing method for additively manufactured components and to a system for the additive production of components, in which a non-destructive testing during production is possible, in particular for use in the manufacture of components with improved material properties in the aerospace sector.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Stereolithographie („stereolithography”, SLA), selektives Lasersintern („selective laser sintering”, SLS) und selektives Laserschmelzen („selective laser melting”, SLM) gehören zur Gruppe der generativen Fertigungsverfahren und werden landläufig auch als „3D-Druckverfahren” bezeichnet. Dabei werden auf der Basis von geometrischen Modellen Datensätze erzeugt, die in einem speziellen generativen Fertigungssystem zur Herstellung von Objekten vordefinierter Form aus formlosen Materialien wie Flüssigkeiten und Pulvern formneutralem Halbzeugen wie etwa band-, draht- oder bahnförmigem Material mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse genutzt werden. 3D-Druckverfahren verwenden additive Prozesse, bei denen das Ausgangsmaterial schichtweise in vorgegebenen Formen sequentiell aufgebaut wird.Stereolithography (SLA), selective laser sintering (SLS) and selective laser melting (SLM) belong to the group of additive manufacturing processes and are commonly referred to as "3D printing processes". In this case, data sets are generated on the basis of geometric models, which are used in a special generative manufacturing system for the production of objects predefined form of informal materials such as liquids and powders formneutralem semi-finished products such as band, wire or web material by means of chemical and / or physical processes become. 3D printing processes use additive processes in which the starting material is built up in layers in predetermined forms sequentially.

3D-Druckverfahren sind derzeit weit verbreitet in der Herstellung von Prototypen oder in der schnellen Produktentwicklung („Rapid Product Development”, RPD), in der eine ressourceneffiziente Prozesskette zur bedarfsgerechten Klein- und Großserienfertigung individualisierter Bauteile eingesetzt wird. 3D-Druckverfahren finden vielfältige Anwendung im Bauingenieurwesen, in der Architektur, in der Dentaltechnik, im Werkzeugbau, in der Implantologie, im Industriedesign, in der Automobilindustrie sowie auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie.3D printing processes are currently widely used in the production of prototypes or in rapid product development (RPD), in which a resource-efficient process chain is used for the demand-oriented small and large-scale production of individualized components. 3D printing processes are widely used in civil engineering, architecture, dental technology, toolmaking, implantology, industrial design, the automotive industry, and the aerospace industry.

3D-Drucker und speziell Lasersintervorrichtungen verwenden ein rechnergestütztes Konstruktionssystem („computer-aided design”, CAD) einerseits und eine Strahlanlage andererseits, welche den generativen Schichtaufbau des zu druckenden Objekts auf der Basis des von dem CAD-System bereitgestellten digitalen Fertigungsmodells durchführt. Ein dreidimensionales CAD-Modell des zu druckenden Objekts wird dabei einer zur Generierung der für die Strahlanlage notwendigen Steuerdaten durchgeführten Aufbereitungsprozedur unterzogen, dem sogenannten „Slicing”. Dabei wird das CAD-Modell in Schichten vorgegebenen gleichmäßiger Dicke mit Schichtnormalen entlang der Aufbaurichtung der Strahlanlage digital zerlegt, welche dann die Basis für die Steuerung des Energiestrahls an der Ausgangsmaterialoberfläche in der Strahlanlage bilden. Ein herkömmlicher Schichtzerlegungsalgorithmus bildet dabei das CAD-Modell auf ein parkettiertes Oberflächenmodell ab, wodurch eine Menge geschlossener Kurven bzw. Oberflächenpolygone entstehen, die die sogenannten „Slices” zwischen zwei senkrecht durch Aufbaurichtung der Strahlanlage aufeinanderfolgenden Modellschnitte definieren.3D printers, and in particular laser sintering devices, use a computer-aided design (CAD) system on the one hand and a blast machine on the other hand, which performs the generative layering of the object to be printed on the basis of the digital manufacturing model provided by the CAD system. A three-dimensional CAD model of the object to be printed is subjected to a processing procedure for generating the control data necessary for the blast machine, the so-called "slicing". In this case, the CAD model in layers predetermined uniform thickness with layer normal along the construction direction of the blasting machine is digitally decomposed, which then form the basis for the control of the energy beam at the source material surface in the blasting machine. A conventional layer decomposition algorithm maps the CAD model onto a parquetted surface model, resulting in a set of closed curves or surface polygons that define the so-called "slices" between two model sections that follow each other vertically through the construction direction of the beam installation.

Solche Oberflächenmodelle können zum Beispiel im für die Stereolithographie gängigen STL-Format gespeichert werden, welches die Oberflächengeometrie des dreidimensionalen zu druckenden Objekts als Rohdaten unstrukturierter Dreieckstexturen beschreibt. Die Strahlanlage liest die Oberflächenmodelldaten ein und setzt sie in ein entsprechendes Ansteuerungsmuster für den Laserstrahl in einem SLA-, SLS- oder SLM-Fertigungsverfahren um.Such surface models can be stored, for example, in the STL format which is common for stereolithography, which describes the surface geometry of the three-dimensional object to be printed as raw data of unstructured triangular textures. The blasting machine reads the surface model data and converts it into a corresponding laser beam driving pattern in an SLA, SLS or SLM manufacturing process.

Durch 3D-Druckverfahren wie SLA, SLS oder SLM entsteht viel Designfreiraum bei der Fertigung komplexer dreidimensionaler Bauelemente und Komponenten hinsichtlich deren geometrischer Form und Struktur. Unter anderem ist es deshalb wünschenswert, die vielfältigen Eigenschaften der oft einzigartig designten Bauelemente und Komponenten zu Zwecken der Qualitätssicherung erfassen zu können.3D printing processes such as SLA, SLS or SLM create a great deal of design freedom in the production of complex three-dimensional components and components with regard to their geometric shape and structure. Among other things, it is therefore desirable to be able to record the diverse properties of the often uniquely designed components and components for quality assurance purposes.

Verschiedene Ansätze im Stand der Technik beschäftigen sich mit der Überwachung und Steuerung von 3D-Druckprozessen: Die Druckschrift US 2015/0165681 A1 offenbart ein 3D-Drucksystem mit einem multi-spektralen Bildaufnahmegerät, welches multi-spektrale Aufnahmen während eines Druckvorgangs erzeugt, auf deren Basis der Druckvorgang dynamisch gesteuert werden kann. Die Druckschrift US 2014/0163717 A1 offenbart die Kontrolle von Laserepitaxieverfahren mithilfe von in Echtzeit aufgenommen thermischen Bilddaten. Die Druckschrift US 2015/0177158 A1 offenbart die Aufnahme von optischen Bilddaten während des schichtweisen Aufbaus eines Bauteils zur Überwachung der Aufbauqualität des Bauteils.Various approaches in the prior art are concerned with the monitoring and control of 3D printing processes: The document US 2015/0165681 A1 discloses a 3D printing system having a multi-spectral image capture device which generates multi-spectral images during a printing operation, based on which the printing process can be dynamically controlled. The publication US 2014/0163717 A1 discloses the control of laser epitaxy techniques using real-time thermal image data. The publication US 2015/0177158 A1 discloses the acquisition of optical image data during the layered construction of a device for monitoring the build quality of the device.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Eine der Aufgaben der Erfindung besteht daher darin, Lösungen für die zerstörungsfreie Überwachung und Erfassung von Eigenschaften von in generativen Fertigungsverfahren hergestellten Objekten zu finden, insbesondere solchen, die unter Zuhilfenahme von selektiven Lasersinterverfahren, selektiven Laserschmelzverfahren oder Stereolithographieverfahren hergestellt werden.One of the objects of the invention is therefore to find solutions for the non-destructive monitoring and detection of properties of objects produced in additive manufacturing processes, in particular those produced with the aid of selective laser sintering processes, selective laser melting processes or stereolithography processes.

Diese und andere Aufgaben werden durch ein Prüfverfahren für additiv gefertigte Bauteile mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein 3D-Druckverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6, ein System zur additiven Fertigung von Bauteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 10, und ein nicht-flüchtiges computerlesbares Speichermedium mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.These and other objects are achieved by a test method for additively manufactured components having the features of claim 1, a 3D printing method having the features of claim 6, a system for the additive production of components with the The features of claim 10, and a non-transitory computer readable storage medium having the features of claim 15.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Prüfverfahren für additiv gefertigte Bauteile die Schritte des Aufnehmens, während der Durchführung eines generativen Fertigungsprozesses für ein additiv gefertigtes Bauteil, einer Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten einer Arbeitsoberfläche des Fertigungsprozesses, des Aufnehmens, während der Durchführung des generativen Fertigungsprozesses, einer Serie von mit der Serie von photographischen Bilddaten korrespondierenden zweidimensionalen thermographischen Bilddaten der Arbeitsoberfläche des Fertigungsprozesses.According to a first aspect of the invention, an additive manufactured component inspection method includes the steps of picking up while performing a generative additive manufacturing component manufacturing process, a series of two-dimensional photographic image data of a manufacturing process manufacturing surface, picking up while performing the additive manufacturing process , a series of two-dimensional thermographic image data corresponding to the series of photographic image data of the working surface of the manufacturing process.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein 3D-Druckverfahren die Schritte des Durchführens eines generativen Fertigungsprozesses zur Herstellung eines additiv gefertigten Bauteils in Schichtfertigungsweise, des Aufnehmens einer Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten einer Oberfläche von Schichten nach vorbestimmten Prozessschritten des Fertigungsprozesses, und des Aufnehmens einer Serie von mit der Serie von photographischen Bilddaten korrespondierenden zweidimensionalen thermographischen Bilddaten der Oberfläche von Schichten nach den vorbestimmten Prozessschritten des Fertigungsprozesses.According to a second aspect of the invention, a 3D printing method comprises the steps of performing a generative manufacturing process to fabricate an additively manufactured device in a layered fashion, taking a series of two-dimensional photographic image data of a surface of layers according to predetermined process steps of the manufacturing process, and taking a series corresponding two-dimensional thermographic image data of the surface of layers corresponding to the series of photographic image data according to the predetermined process steps of the manufacturing process.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst ein System zur additiven Fertigung von Bauteilen eine Arbeitskammer, welche zur generativen Fertigung eines Bauteils in Schichtfertigungsweise ausgelegt ist, eine photographische Bilderfassungseinrichtung, welche zur Erfassung einer Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten einer Oberfläche von Schichten des Bauteils während der generativen Fertigung ausgelegt ist, und eine thermographische Bilderfassungseinrichtung, welche zur Erfassung einer Serie von mit der Serie von photographischen Bilddaten korrespondierenden zweidimensionalen thermographischen Bilddaten der Oberfläche von Schichten des Bauteils während der generativen Fertigung ausgelegt ist.According to a third aspect of the invention, a component additive manufacturing system comprises a working chamber adapted to generatively manufacture a layered-type component, a photographic image-capturing device used to acquire a series of two-dimensional photographic image data of a surface of layers of the component during the generative process Fabrication is designed, and a thermographic image capture device, which is designed to detect a series of two-dimensional thermographic image data corresponding to the series of photographic image data of the surface of layers of the component during the additive manufacturing.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung sind auf einem nicht-flüchtigen computerlesbaren Speichermedium computerausführbare Anweisungen gespeichert, die bei Ausführung mittels einer datenverarbeitenden Vorrichtung die datenverarbeitende Vorrichtung dazu veranlassen, die Schritte eines Prüfverfahrens gemäß dem ersten Aspekt oder eines 3D-Druckverfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung auszuführen.According to a fourth aspect of the invention, computer-executable instructions are stored on a non-transitory computer-readable storage medium which, when executed by a data processing device, cause the data processing device to perform the steps of a test method according to the first aspect or a 3D printing method according to the second aspect of the present invention To carry out invention.

Eine wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, einen 3D-Druckprozess bzw. ein additives Fertigungsverfahren dahingehend zu begleiten, dass während des Druckprozesses bzw. der Fertigung kontinuierlich oder nach vorbestimmten Prozessstufen die Materialeigenschaften, die Materialverteilung und/oder Materialstärke des in Fertigung befindlichen Objekts in situ überwacht werden. Dazu werden neben zweidimensionalen optischen Bilddaten von Fertigungsoberflächen des in Fertigung befindlichen Objekts korrespondierende Thermographieaufnahmen der gleichen Fertigungsoberflächen erzeugt.An essential idea of the invention is to accompany a 3D printing process or an additive manufacturing process to the effect that during the printing process or production continuously or after predetermined process stages, the material properties, the material distribution and / or material thickness of the object in production in situ be monitored. For this purpose, in addition to two-dimensional optical image data of production surfaces of the object in production, corresponding thermographic images of the same production surfaces are produced.

Die während der Fertigung gewonnenen zweidimensionalen optischen Bilddaten und die Thermographieaufnahmen werden dann in einem gemeinsamen dreidimensionalen Modell des fertigen Objekts zusammengeführt. Dadurch kann eine parametrisierte und dreidimensional aufgelöste Darstellung von thermographischen Daten des fertigen Objekts erhalten werden, die auch Daten aus dem Inneren des Objekts beinhaltet, ohne dass das fertige Objekts durch die Datengewinnung in seiner Integrität beeinträchtigt ist. Damit schafft die Erfindung die Möglichkeit der zerstörungsfreien Prüfung eines Objekts während der Entstehung.The two-dimensional optical image data obtained during production and the thermographic images are then combined in a common three-dimensional model of the finished object. As a result, a parameterized and three-dimensionally resolved representation of thermographic data of the finished object can be obtained, which also contains data from the interior of the object, without the finished object being impaired in its integrity by the data acquisition. Thus, the invention provides the possibility of non-destructive testing of an object during its formation.

3D-Druckprozesse sind insbesondere für die Bauteilfertigung vorteilhaft, da sie die Herstellung von dreidimensionalen Komponenten in urformenden Verfahren ermöglichen, ohne spezielles, auf die äußere Form der Komponenten abgestimmtes Fertigungswerkzeug zu benötigen. Dadurch werden hocheffiziente, Material sparende und Zeit sparende Herstellungsprozesse für Bauteile und Komponenten ermöglicht. Besonders vorteilhaft sind derartige 3D-Druckverfahren für strukturelle Bauteile im Luft- und Raumfahrtbereich, da dort sehr viele verschiedene, auf spezielle Einsatzzwecke abgestimmte Bauteile eingesetzt werden, die in solchen 3D-Druckverfahren mit geringen Kosten, geringer Fertigungsvorlaufzeit und mit geringer Komplexität in den für die Herstellung benötigten Fertigungsanlagen hergestellt werden können.3D printing processes are particularly advantageous for component manufacturing, since they allow the production of three-dimensional components in original molding processes without the need for special production tools adapted to the external shape of the components. This enables highly efficient, material-saving and time-saving production processes for components and components. Particularly advantageous are such 3D printing process for structural components in the aerospace sector, since there are used many different, tailored to specific applications components that in such 3D printing process with low cost, low production lead time and low complexity in the for the Manufacturing required manufacturing equipment can be produced.

Für die Qualitätssicherung sind individuell für das jeweils gedruckte Bauteil zerstörungsfrei gewonnene Prüfdaten besonders vorteilhaft, da sie Aufschluss über die innere Struktur und mögliche Schwachstellen sowie Vorhersagen über das zukünftige Materialverhalten des Bauteils liefern können. Durch solche Prüfverfahren wird die Effizienz von additiven Fertigungsverfahren enorm gesteigert, da zum einen die Daten bereits zur Fertigungslaufzeit in Echtzeit gewonnen werden können. Zum anderen ist es nicht länger notwendig, andere komplexe und potentiell das Bauteil zerstörende Prüfmethoden wie etwa Sonographie oder Röntgenanalyse einzusetzen. Besonders in technologischen Gebieten, in denen die Analyse und Qualitätssicherung jedes einzelnen Bauteils und nicht nur einer Stichprobe aller Bauteile von großer Bedeutung ist, können die erfindungsgemäßen Verfahren und Systeme große Vorteile bieten.For quality assurance, test data obtained nondestructively for each printed component are particularly advantageous because they can provide information about the internal structure and possible weak points as well as predictions about the future material behavior of the component. Such test methods enormously increase the efficiency of additive manufacturing processes, since, on the one hand, the data can already be obtained in real time at the production runtime. On the other hand, it is no longer necessary to use other complex and potentially destructive testing methods such as sonography or X-ray analysis. Especially in technological areas, where the analysis and quality assurance of each individual component and not just a sample of all components is of great importance, the inventive methods and systems offer great advantages.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and further developments will become apparent from the other dependent claims and from the description with reference to the figures.

Gemäß einigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens kann das Aufnehmen der photographischen Bilddaten mithilfe einer Digitalkamera und das Aufnehmen der thermographischen Bilddaten mithilfe einer Wärmebildkamera durchgeführt werden.According to some embodiments of the inspection method according to the invention, the taking of the photographic image data by means of a digital camera and the taking of the thermographic image data by means of a thermal imaging camera can be performed.

Gemäß einiger weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens kann das Prüfverfahren weiterhin die Schritte des Erstellens eines virtuellen, dreidimensionalen geometrischen Modells auf der Basis der Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten, und des Erstellens einer Temperaturverteilungskarte durch Zuordnen der Serie von zweidimensionalen thermographischen Bilddaten zu Modellpunkten des erstellten virtuellen, dreidimensionalen geometrischen Modells aufweisen. Dabei kann in einigen Ausführungsformen das virtuelle, dreidimensionale geometrische Modell mithilfe eines FEM-Algorithmus erstellt werden.According to some further embodiments of the inventive inspection method, the inspection method may further include the steps of creating a virtual three-dimensional geometric model based on the series of two-dimensional photographic image data, and creating a temperature distribution map by associating the series of two-dimensional thermographic image data with model points of the created virtual, have three-dimensional geometric model. In doing so, in some embodiments, the virtual three-dimensional geometric model may be created using an FEM algorithm.

Gemäß einiger Ausführungsformen des erfindungsgemäßen 3D-Druckverfahrens kann kann das Aufnehmen der photographischen Bilddaten mithilfe einer Digitalkamera und das Aufnehmen der thermographischen Bilddaten mithilfe einer Wärmebildkamera durchgeführt werden.According to some embodiments of the 3D printing method according to the invention, the taking of the photographic image data by means of a digital camera and the taking of the thermographic image data by means of a thermal imaging camera can be carried out.

Gemäß einigen weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen 3D-Druckverfahrens kann der generative Fertigungsprozess mit einem metallischen Werkstoff zur Fertigung des Bauteils durchgeführt werden.According to some further embodiments of the 3D printing method according to the invention, the generative manufacturing process can be carried out with a metallic material for the production of the component.

Gemäß einigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems kann die photographische Bilderfassungseinrichtung eine Digitalkamera und die thermographische Bilderfassungseinrichtung eine Wärmebildkamera umfassen.According to some embodiments of the system according to the invention, the photographic image capture device may comprise a digital camera and the thermographic image capture device may comprise a thermal imaging camera.

Gemäß einigen weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems können die photographische Bilderfassungseinrichtung und die thermographische Bilderfassungseinrichtung in einer gemeinsamen Kamerabaugruppe des Systems angeordnet sein.According to some further embodiments of the system according to the invention, the photographic image capture device and the thermographic image capture device can be arranged in a common camera assembly of the system.

Gemäß einiger weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems kann das System weiterhin eine Datenverarbeitungseinrichtung umfassen, welche mit der photographischen Bilderfassungseinrichtung und der thermographischen Bilderfassungseinrichtung gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, ein virtuelles, dreidimensionales geometrisches Modell auf der Basis der Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten zu erstellen, und eine Temperaturverteilungskarte durch Zuordnen der Serie von zweidimensionalen thermographischen Bilddaten zu Modellpunkten des erstellten virtuellen, dreidimensionalen geometrischen Modells zu erstellen. Dabei kann in einigen Ausführungsformen die Datenverarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt sein, das virtuelle, dreidimensionale geometrische Modell mithilfe eines FEM-Algorithmus zu erstellen.According to some other embodiments of the inventive system, the system may further comprise data processing equipment coupled to the photographic image capture device and the thermographic image capture device and configured to create a virtual three-dimensional geometric model based on the series of two-dimensional photographic image data and create a temperature distribution map by associating the series of two-dimensional thermographic image data with model points of the created virtual three-dimensional geometric model. Herein, in some embodiments, the computing device may be configured to construct the virtual, three-dimensional geometric model using an FEM algorithm.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations, not explicitly mentioned, of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

KURZE INHALTSANGABE DER FIGURENBRIEF CONTENT OF THE FIGURES

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments given in the schematic figures. It shows:

1 eine schematische Illustration eines Systems zur generativen Fertigung von Bauteilen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, 1 a schematic illustration of a system for additive manufacturing of components according to an embodiment of the invention,

2 eine schematische Illustration eines weiteren Systems zur generativen Fertigung von Bauteilen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, 2 FIG. 2 a schematic illustration of another system for the additive production of components according to a further embodiment of the invention, FIG.

3 ein Blockdiagramm eines Prüfverfahrens für additiv gefertigte Bauteile gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, 3 1 is a block diagram of a test method for additively manufactured components according to a further embodiment of the invention,

4 ein Blockdiagramm eines 3D-Druckverfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und 4 a block diagram of a 3D printing method according to another embodiment of the invention, and

5 eine schematische Illustration eines computerlesbaren Speichermediums gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 5 a schematic illustration of a computer-readable storage medium according to another embodiment of the invention.

Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Richtungsangebende Terminologie wie etwa „oben”, „unten”, „links”, „rechts”, „über”, „unter”, „horizontal”, „vertikal”, „vorne”, „hinten” und ähnliche Angaben werden lediglich zu erläuternden Zwecken verwendet und dienen nicht der Beschränkung der Allgemeinheit auf spezifische Ausgestaltungen wie in den Figuren gezeigt.The accompanying figures are intended to convey a further understanding of the embodiments of the invention. They illustrate embodiments and serve in conjunction with the description of the explanation of principles and concepts of Invention. Other embodiments and many of the stated advantages will become apparent with reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale to each other. Directional terminology such as "top", "bottom", "left", "right", "over", "under", "horizontal", "vertical", "front", "rear" and the like are merely to be explained Purposes are not intended to limit the general public to specific embodiments as shown in the figures.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing are the same, functionally identical and same-acting elements, features and components - unless otherwise stated - each provided with the same reference numerals.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDESCRIPTION OF EMBODIMENTS

3D-Druckverfahren im Sinne der vorliegenden Anmeldung umfassen alle generativen Fertigungsverfahren, bei welchen auf der Basis von geometrischen Modellen Objekte vordefinierter Form aus formlosen Materialien wie Flüssigkeiten und Pulvern formneutralem Halbzeugen wie etwa band-, draht- oder bahnförmigem Material mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse in einem speziellen generativen Fertigungssystem hergestellt werden. 3D-Druckverfahren im Sinne der vorliegenden Anmeldung verwenden dabei additive Prozesse, bei denen das Ausgangsmaterial schichtweise in vorgegebenen Formen sequentiell aufgebaut wird. 3D-Druckverfahren umfassen dabei insbesondere Stereolithographie („stereolithography”, SLA), selektives Lasersintern („selective laser sintering”, SLS) und selektives Laserschmelzen („selective laser melting”, SLM). Insbesondere umfassen 3D-Druckverfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung additive Fertigungsverfahren, bei denen metallische Ausgangsstoffe wie beispielsweise verflüssigtes Metall oder Metallpulver zur generativen Fertigung von Bauteilen eingesetzt werden.3D printing processes in the sense of the present application include all additive manufacturing processes in which, based on geometric models, objects of predefined form from informal materials such as liquids and powders of semi-finished products such as strip, wire or sheet material by means of chemical and / or physical processes produced in a special generative manufacturing system. In the context of the present application, 3D printing processes use additive processes in which the starting material is built up sequentially in layers in predetermined forms. In particular, 3D printing processes include stereolithography (SLA), selective laser sintering (SLS) and selective laser melting (SLM). In particular, 3D printing processes according to the present invention include additive manufacturing processes in which metallic starting materials such as, for example, liquefied metal or metal powder are used for the additive production of components.

1 zeigt eine schematische Illustration einer Systems 10 zur generativen Fertigung von Bauteilen, im Folgenden kurz 3D-Druckvorrichtung 10. Die 3D-Druckvorrichtung 10 kann beispielsweise eine Anlage zum selektiven Lasersintern, eine Anlage zum selektiven Laserschmelzen oder eine Stereolithographieanlage sein. Im Folgenden werden die grundlegenden Prinzipien der 3D-Druckvorrichtung 10 beispielhaft im Zusammenhang mit SLS erläutert werden, obschon Druckvorrichtungen für andere 3D-Druckverfahren anders aufgebaut sein können. 1 shows a schematic illustration of a system 10 for the generative production of components, in the following short 3D printing device 10 , The 3D printing device 10 For example, it may be a selective laser sintering machine, a selective laser melting machine, or a stereolithography machine. The following are the basic principles of the 3D printing device 10 by way of example in the context of SLS, although printing devices may be constructed differently for other 3D printing processes.

Eine Energiequelle, beispielsweise ein CO₂-Laser 1, sendet einen Energiestrahl ortsselektiv auf einen bestimmten Teil einer Pulveroberfläche pulverförmigen Materials Ps, welches in einer Arbeitskammer 3 auf einer Werkplattform 3a aufliegt. Dazu kann eine optische Ablenkvorrichtung bzw. Scannermodul 2 wie etwa ein beweglicher bzw. kippbarer Spiegel vorgesehen sein, welcher den Laserstrahl L je nach seiner Kippstellung auf einen bestimmten Teil der Pulveroberfläche des Pulvers Ps ablenkt. Das pulverförmige Material Ps kann beispielsweise ein Metallpulver oder ein Metalllegierungspulver aufweisen.An energy source, such as a CO ₂ laser 1 , Sends an energy beam location selective on a certain part of a powder surface powdered material Ps, which in a working chamber 3 on a work platform 3a rests. For this purpose, an optical deflection device or scanner module 2 such as a movable or tiltable mirror may be provided which deflects the laser beam L depending on its tilted position on a certain part of the powder surface of the powder Ps. The powdery material Ps may include, for example, a metal powder or a metal alloy powder.

An der Auftreffstelle des Laserstrahls L wird das Pulver Ps erhitzt, so dass die Pulverpartikel lokal aufgeschmolzen werden und bei einem Abkühlen ein Agglomerat bilden. In Abhängigkeit von einem durch ein CAD-System bereitgestellten und gegebenenfalls aufbereiteten digitalen Fertigungsmodell rastert der Laserstrahl L die Pulveroberfläche ab. Nach dem selektiven Schmelzen und lokalen Agglomerieren der Pulverpartikel in der Oberflächenschicht des Pulvers Ps kann überschüssiges, nicht agglomeriertes Pulver Pd in einen Überschussbehälter 5 übertragen werden. Danach wird die Werkplattform 3a abgesenkt und mit Hilfe einer Nivellierwalze 6 oder einer anderen geeigneten Rakel- oder Walzeinrichtung neues Pulver Pr aus einem Pulverreservoir 4 mit einer Reservoirplattform 4a in die Arbeitskammer 3 überführt. Das Pulver Pr aus dem Pulverreservoir 4 kann zur Beschleunigung des Schmelzprozesses durch Infrarotlicht auf eine knapp unter der Schmelztemperatur des Pulvers liegende Arbeitstemperatur vorgewärmt werden.At the point of impact of the laser beam L, the powder Ps is heated, so that the powder particles are locally melted and form an agglomerate on cooling. Depending on a digital production model provided by a CAD system and possibly processed, the laser beam L scans the powder surface. After the selective melting and local agglomeration of the powder particles in the surface layer of the powder Ps, excess non-agglomerated powder Pd may be poured into a surplus container 5 be transmitted. Then the work platform becomes 3a lowered and with the help of a leveling roller 6 or another suitable squeegee or roller device new powder Pr from a powder reservoir 4 with a reservoir platform 4a in the working chamber 3 transferred. The powder Pr from the powder reservoir 4 can be preheated to accelerate the melting process by infrared light to a lying just below the melting temperature of the powder working temperature.

Auf diese Weise entsteht in einem iterativen generativen Aufbauprozess ein dreidimensionales gesintertes bzw. „gedrucktes” Objekt B aus agglomeriertem Pulver. Das umliegende Pulver dient dabei der Abstützung des bis dahin aufgebauten Teils des Objekts B, so dass keine externe Stützkonstruktion notwendig ist. Durch die kontinuierliche Abwärtsbewegung der Werkplattform 3a entsteht das Objekt B in schichtweiser Modellerzeugung.In this way, a three-dimensional sintered or "printed" object B of agglomerated powder is produced in an iterative additive building process. The surrounding powder serves to support the previously constructed part of the object B, so that no external support structure is necessary. Through the continuous downward movement of the work platform 3a Object B is created in layered model generation.

Die gesamte Druckvorrichtung 10 kann in einem Gehäuse 7 untergebracht sein, in welchem eine dem Lasersinterprozess zuträgliche Atmosphäre erzeugt werden kann. Beispielsweise kann in dem Gehäuse 7 ein Vakuum erzeugt werden. Alternativ dazu kann auch eine passivierende Atmosphäre mit einer Inertgasmischung wie etwa aus Argon und/oder Stickstoff generiert werden.The entire printing device 10 can in a housing 7 be accommodated, in which a the laser sintering process conducive atmosphere can be generated. For example, in the housing 7 a vacuum can be generated. Alternatively, a passivating atmosphere may be generated with an inert gas mixture such as argon and / or nitrogen.

Die 3D-Druckvorrichtung 10 weist zudem eine Kamerabaugruppe 8 auf, welche fest in dem Gehäuse 7 bzw. einer Wand oder einer Abdeckung des Gehäuses 7 installiert ist. Die Kamerabaugruppe 8 umfasst dabei mindestens zwei Bilderfassungseinrichtungen 8a und 8b, wie zum Beispiel eine photographische Kamera 8a und eine thermographische Kamera 8b. Die photographische Bilderfassungseinrichtung 8a ist auf die Pulveroberfläche in der Arbeitskammer 3 gerichtet und dient der Erfassung von optischen Bilddaten, die nach Digitalisierung eines auf eine Erfassungseinheit der photographischen Bilderfassungseinrichtung 8a treffenden Lichtbildes ein optisches Abbild der Pulveroberfläche darstellen. In ähnlicher Weise ist die thermographische Bilderfassungseinrichtung 8b auf die Pulveroberfläche gerichtet und dient der Erfassung von die Oberflächentemperatur an der Pulveroberfläche widerspiegelnden Infrarotbildern.The 3D printing device 10 also has a camera assembly 8th on which firmly in the housing 7 or a wall or cover of the housing 7 is installed. The camera assembly 8th includes at least two image capture devices 8a and 8b such as a photographic camera 8a and a thermographic camera 8b , The photographic image capture device 8a is on the powder surface in the working chamber 3 and serves to acquire optical image data obtained after digitizing an image acquisition device of a photographic image capture device 8a Aiming photograph represent an optical image of the powder surface. Similarly, the thermographic image capture device is 8b directed to the powder surface and serves to detect infrared images reflecting the surface temperature on the powder surface.

Die photographische Bilderfassungseinrichtung 8a kann zum Beispiel eine Digitalkamera wie etwa eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera umfassen. Die thermographische Bilderfassungseinrichtung 8b kann zum Beispiel eine Wärmebildkamera oder ein anderes optisches Gerät mit Infrarotstrahlungserfassung umfassen.The photographic image capture device 8a For example, it may include a digital camera such as a CCD camera or a CMOS camera. The thermographic image capture device 8b For example, it may include a thermal imaging camera or other infrared radiation sensing optical device.

Die Kamerabaugruppe 8 ist mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 9a verbunden, an die die Bilderfassungseinrichtungen 8a und 8b ihre erfassten Bild- bzw. Infrarotbilddaten übertragen können. Die Datenverarbeitungseinrichtung 9a dient in geeigneter Weise der Weiterverarbeitung der erfassten Bilddaten und kann beispielsweise einen Mikroprozessor, einen PC oder eine andersartige geeignete digitale Datenverarbeitungsanlage umfassen. Die Datenverarbeitungseinrichtung 9a kann insbesondere Software aufweisen, mithilfe derer aus Bilddaten ein Modell des Objekts B berechnet werden kann, beispielsweise eine CAD-Software mit eingebetteten FEM-Algorithmen oder eine dedizierte FEM-Modellierungssoftware.The camera assembly 8th is with a data processing device 9a connected to the image capture devices 8a and 8b transmit their captured image or infrared image data. The data processing device 9a serves suitably for the further processing of the acquired image data and may comprise, for example, a microprocessor, a PC or another suitable digital data processing system. The data processing device 9a In particular, it may include software that can be used to calculate a model of the object B from image data, such as CAD software with embedded FEM algorithms or dedicated FEM modeling software.

Die Bilderfassungseinrichtungen 8a und 8b sind mit einer Kamerasteuereinrichtung 9b gekoppelt, welche dazu ausgelegt ist, den Betrieb einer oder beider der Bilderfassungseinrichtungen 8a und 8b zu steuern, insbesondere die Dauer, Frequenz und den Zeitpunkt der Bilddatenaufnahme durch die Bilderfassungseinrichtungen 8a und 8b. Dazu kann die Kamerasteuereinrichtung 9b auch mit einer (nicht explizit dargestellten) Drucksteuereinrichtung gekoppelt sein, welche dazu ausgelegt ist, die Druckkomponenten der Druckvorrichtung 10 zur generativen Fertigung des Objekts B anzusteuern. Die Kamerasteuereinrichtung und die Drucksteuereinrichtung können dabei in geeigneter Weise synchronisiert und aufeinander abgestimmt arbeiten, um den Datenerfassungsbetrieb der Bilderfassungseinrichtungen 8a und 8b in den Fertigungsablauf der generativen Fertigung des Objekts B nahtlos einbetten zu können.The image capture devices 8a and 8b are with a camera control device 9b which is adapted to operate one or both of the image capture devices 8a and 8b to control, in particular the duration, frequency and timing of image data recording by the image capture devices 8a and 8b , This can be done by the camera control 9b also be coupled to a (not explicitly shown) pressure control device which is adapted to the pressure components of the printing device 10 to control the generative production of the object B. The camera control device and the pressure control device can be synchronized in a suitable manner and work coordinated with each other to the data acquisition operation of the image capture devices 8a and 8b be able to embed seamlessly into the production process of the additive manufacturing of object B.

In 2 ist beispielhaft eine schematische Illustration eines Details einer 3D-Druckvorrichtung 10 im Bereich der Arbeitskammer 3 der 1 gezeigt. Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel weicht dabei in der Art der Bilderfassung bzw. Infrarotbelderfassung von dem Aufbau der 3D-Druckvorrichtung 10 in 1 ab. Es sollte dabei klar sein, dass sich Merkmale und Merkmalsgruppen von dem in der 2 erläuterten Ausführungsbeispiel ebenso auf das Ausführungsbeispiel der 1 übertragen lassen können.In 2 is an example of a schematic illustration of a detail of a 3D printing device 10 in the area of the working chamber 3 of the 1 shown. This in 2 In this case, the embodiment shown differs from the structure of the 3D printing device in the type of image acquisition or infrared detection 10 in 1 from. It should be clear that features and feature groups are different from those in the 2 illustrated embodiment also to the embodiment of 1 can be transferred.

2 zeigt die Arbeitskammer 3, in der die Bilderfassungseinrichtungen 8a und 8b nicht in einer separaten Kamerabaugruppe 8 angeordnet sind, sondern in das Gehäuse des Lasers 1 integriert sind. Über die Ablenkvorrichtung 2 können neben dem Laserstrahl L, der in die Arbeitskammer 3 auf die Pulveroberfläche des Pulvers Ps abgelenkt wird, auch reflektiertes Licht bzw. reflektierte Infrarotstrahlen D von der Pulveroberfläche des Pulvers Ps wieder in das Gehäuse des Lasers 1 und hierbei in eine geeignete der Bilderfassungseinrichtungen 8a und 8b zurückgeworfen werden. Die Bilderfassungseinrichtungen 8a und 8b können dabei über eine geeignete Kamerasteuereinrichtung 9b zur rasterartigen Erfassung von Bild- bzw. Infrarotbilddaten von Rasterpunkten auf der Pulveroberfläche angesteuert werden. Hierzu wird die Ablenkvorrichtung 2 korrespondierend zur gewünschten Rasterung angesteuert, um ein Bild des jeweiligen Rasterabschnitts auf dem Arbeitsbereich auf der Pulveroberfläche zu gewinnen und die Bilder der einzelnen Rasterabschnitte zu einem Gesamtbild zusammenfügen zu können. 2 shows the working chamber 3 in which the image capture devices 8a and 8b not in a separate camera assembly 8th are arranged, but in the housing of the laser 1 are integrated. About the deflection device 2 can be next to the laser beam L, which enters the working chamber 3 is deflected to the powder surface of the powder Ps, also reflected light or reflected infrared rays D from the powder surface of the powder Ps back into the housing of the laser 1 and in a suitable one of the image capture devices 8a and 8b to be thrown back. The image capture devices 8a and 8b can do this via a suitable camera control device 9b be driven to the grid-like detection of image or infrared image data of grid points on the powder surface. For this purpose, the deflection device 2 driven in accordance with the desired screening in order to obtain an image of the respective grid section on the work area on the powder surface and to be able to join the images of the individual grid sections to form an overall image.

Die 3 zeigt ein Blockdiagramm eines schematischen Ablaufs eines Prüfverfahrens M1 für additiv gefertigte Bauteile, beispielsweise solche Bauteile B, wie sie in einer 3D-Druckvorrichtung wie etwa der 3D-Druckvorrichtung 10 in 1 oder 2 hergestellt werden können. Dabei kann das Prüfverfahren M1 auf die Infrastruktur der 3D-Druckvorrichtungen 10 zurückgreifen, wie sie im Zusammenhang mit den 1 und 2 erläutert worden sind.The 3 FIG. 12 shows a block diagram of a schematic sequence of a test method M1 for additively manufactured components, for example those components B, as used in a 3D printing apparatus, such as the 3D printing apparatus 10 in 1 or 2 can be produced. In this case, the test method M1 on the infrastructure of the 3D printing devices 10 resort to how they related to the 1 and 2 have been explained.

In einem ersten Schritt M11 erfolgt zunächst ein Aufnehmen einer Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten einer Arbeitsoberfläche des Fertigungsprozesses, während der generative Fertigungsprozesses für ein additiv gefertigtes Bauteil durchgeführt wird, beispielsweise mithilfe einer Digitalkamera 8a. Gleichzeitig bzw. auf den ersten Schritt M11 abgestimmt, erfolgt in einem zweiten Schritt M12 ein Aufnehmen einer Serie von mit der Serie von photographischen Bilddaten korrespondierenden zweidimensionalen thermographischen Bilddaten der Arbeitsoberfläche des Fertigungsprozesses, beispielsweise mithilfe einer Wärmebildkamera 8b.In a first step M11, a series of two-dimensional photographic image data of a work surface of the production process is firstly taken while the additive manufacturing process is being carried out using, for example, a digital camera 8a , Simultaneously with the first step M11, in a second step M12, a series of two-dimensional thermographic image data corresponding to the series of photographic image data is taken of the working surface of the production process, for example by means of a thermal imaging camera 8b ,

Die Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten kann dann in einem Schritt M13 zum Erstellen eines virtuellen, dreidimensionalen geometrischen Modells auf der Basis der Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten genutzt werden, zum Beispiel unter Verwendung eines FEM-Algorithmus in einer Datenverarbeitungseinrichtung 9a. Dann kann in einem darauffolgenden Schritt M14 eine Temperaturverteilungskarte durch Zuordnen der Serie von zweidimensionalen thermographischen Bilddaten zu Modellpunkten des erstellten virtuellen, dreidimensionalen geometrischen Modells erstellt werden.The series of two-dimensional photographic image data may then be used in a step M13 to create a virtual three-dimensional geometric model based on the series of two-dimensional photographic image data, for example, using an FEM algorithm in a data processing device 9a , Then, in a subsequent step M14, a temperature distribution map may be created by associating the series of two-dimensional thermographic image data with model points of the created virtual three-dimensional geometric model.

Die 4 zeigt ein Blockdiagramm eines schematischen Ablaufs eines 3D-Druckverfahrens M2 zur Herstellung additiv gefertigter Bauteile, beispielsweise solcher Bauteile B, wie sie in einer 3D-Druckvorrichtung wie etwa der 3D-Druckvorrichtung 10 in 1 oder 2 hergestellt werden können. Dabei kann das 3D-Druckverfahren M2 auf die Infrastruktur der 3D-Druckvorrichtungen 10 zurückgreifen, wie sie im Zusammenhang mit den 1 und 2 erläutert worden sind.The 4 FIG. 12 shows a block diagram of a schematic sequence of a 3D printing method M2 for producing additively manufactured components, for example those components B, as used in a 3D printing device such as the 3D printing device 10 in 1 or 2 can be produced. In this case, the 3D printing method M2 on the infrastructure of the 3D printing devices 10 resort to how they related to the 1 and 2 have been explained.

In einem erten Schritt M21 erfolgt zunächst das Durchführen eines generativen Fertigungsprozesses zur Herstellung eines additiv gefertigten Bauteils B in Schichtfertigungsweise, beispielsweise unter Verwendung eines metallischen Werkstoffs, zum Beispiel in Pulverform. Nach jeder Schicht, oder auch nach einer vorbestimmten Anzahl von Schichten, kann der Fertigungsprozesses zum Aufnehmen einer Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten einer Oberfläche von Schichten in einem Schritt M22 unterbrochen werden, zum Beispiel mithilfe einer Digitalkamera 8a. Gleichzeitig kann in einem Schritt M23 eine Serie von mit der Serie von photographischen Bilddaten korrespondierenden zweidimensionalen thermographischen Bilddaten der Oberfläche von Schichten erfasst werden, zum Beispiel mithilfe einer Wärmebildkamera 8b.In a first step M21, a generative production process is first carried out to produce an additively manufactured component B in layer production mode, for example using a metallic material, for example in powder form. After each layer, or after a predetermined number of layers, the manufacturing process for taking a series of two-dimensional photographic image data of a surface of layers may be interrupted in a step M22, for example by means of a digital camera 8a , At the same time, in a step M23, a series of two-dimensional thermographic image data of the surface of layers corresponding to the series of photographic image data can be detected, for example by means of a thermal imaging camera 8b ,

Die beschriebenen Verfahren können in allen Bereichen der Transportindustrie, beispielsweise für Straßenkraftfahrzeuge, für Schienenfahrzeuge oder für Wasserfahrzeuge, aber auch im Ingenieurs- und Maschinenbauwesen generell eingesetzt werden.The described methods can generally be used in all areas of the transport industry, for example for road vehicles, for rail vehicles or for watercraft, but also in engineering and mechanical engineering.

5 zeigt eine schematische Illustration eines nicht-flüchtigen, computerlesbaren Speichermediums 20, auf welchem computerausführbare Anweisungen gespeichert sind, die bei Ausführung mittels einer datenverarbeitenden Vorrichtung die datenverarbeitende Vorrichtung dazu veranlassen, die Schritte des im Zusammenhang mit 3 erläuterten Prüfverfahrens M1 oder die Schritte des im Zusammenhang mit 4 erläuterten 3D-Druckverfahrens M2 auszuführen. Das Speichermedium 20 kann beispielsweise eine SD-Karte, ein USB-Flashspeicher, eine Diskette, eine CD, eine DVD oder ein ähnliches geeignetes Medium aufweisen. 5 shows a schematic illustration of a non-transitory, computer-readable storage medium 20 on which are stored computer-executable instructions which, when executed by a data-processing apparatus, cause the data-processing apparatus to perform the steps of 3 described test method M1 or the steps associated with 4 to execute explained 3D printing method M2. The storage medium 20 For example, it may include an SD card, a USB flash memory, a floppy disk, a CD, a DVD, or similar suitable medium.

In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, keinesfalls jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der verschiedenen Merkmale und Ausführungsbeispiele. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung sofort und unmittelbar klar sein.In the foregoing detailed description, various features have been summarized to improve the stringency of the illustration in one or more examples. It should be understood, however, that the above description is merely illustrative and not restrictive in nature. It serves to cover all alternatives, modifications and equivalents of the various features and embodiments. Many other examples will be immediately and immediately apparent to one of ordinary skill in the art, given the skill of the art in light of the above description.

Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis bestmöglich darstellen zu können. Dadurch können Fachleute die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal modifizieren und nutzen. In den Ansprüchen sowie der Beschreibung werden die Begriffe „beinhaltend” und „aufweisend” als neutralsprachliche Begrifflichkeiten für die entsprechenden Begriffe „umfassend” verwendet. Weiterhin soll eine Verwendung der Begriffe „ein”, „einer” und „eine” eine Mehrzahl derartig beschriebener Merkmale und Komponenten nicht grundsätzlich ausschließen.The exemplary embodiments have been selected and described in order to represent the principles underlying the invention and their possible applications in practice in the best possible way. As a result, those skilled in the art can optimally modify and utilize the invention and its various embodiments with respect to the intended use. In the claims as well as the description, the terms "including" and "having" are used as neutral language terms for the corresponding terms "comprising". Furthermore, a use of the terms "a", "an" and "an" a plurality of features and components described in such a way should not be excluded in principle.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Laserlaser
22: Ablenkvorrichtungdeflector
33: Arbeitskammerworking chamber
3a3a: Werkplattformwork platform
44: Pulverreservoirpowder reservoir
4a4a: Reservoirplattformreservoir platform
55: ÜberschussbehälterOverflow bin
66: Nivellierwalzeleveling roller
77: Gehäusecasing
88th: Kamerabaugruppecamera assembly
8a8a: Photographische BilderfassungseinrichtungPhotographic image capture device
8b8b: Thermographische BilderfassungseinrichtungThermographic image capture device
9a9a: DatenverarbeitungseinrichtungData processing device
9b9b: KamerasteuereinrichtungCamera controller
AA: SchutzgasatmosphäreProtective atmosphere
BB: Druckobjektprint object
DD: Bilddatenimage data
LL: Laserstrahllaser beam
M1M1: Prüfverfahrentest methods
M11M11: Verfahrensschrittstep
M12M12: Verfahrensschrittstep
M12M12: Verfahrensschrittstep
M13M13: Verfahrensschrittstep
M14M14: Verfahrensschrittstep
M2M2: 3D-Druckverfahren3D printing process
M21M21: Verfahrensschrittstep
M22M22: Verfahrensschrittstep
M23M23: Verfahrensschrittstep
P P: Pulvermischungpowder mixture
PdPd: Überschüssiges PulverExcess powder
Prpr: Reservoirpulverreservoir powder
Psps: Werkpulverplant powder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2015/0165681 A1 [0007] US 2015/0165681 A1 [0007]
US 2014/0163717 A1 [0007] US 2014/0163717 A1 [0007]
US 2015/0177158 A1 [0007] US 2015/0177158 A1 [0007]

Claims

Prüfverfahren (M1) für additiv gefertigte Bauteile, mit den Schritten: Aufnehmen (M11), während der Durchführung eines generativen Fertigungsprozesses für ein additiv gefertigtes Bauteil (B), einer Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten einer Arbeitsoberfläche des Fertigungsprozesses; und Aufnehmen (M12), während der Durchführung des generativen Fertigungsprozesses, einer Serie von mit der Serie von photographischen Bilddaten korrespondierenden zweidimensionalen thermographischen Bilddaten der Arbeitsoberfläche des Fertigungsprozesses.Test method (M1) for additively manufactured components, with the steps: Capturing (M11) while performing a generative manufacturing process for an additively manufactured component (B), a series of two-dimensional photographic image data of a work surface of the manufacturing process; and Capturing (M12), during the performance of the generative manufacturing process, a series of two-dimensional thermographic image data corresponding to the series of photographic image data of the working surface of the manufacturing process.

Prüfverfahren (M1) gemäß Anspruch 1, wobei das Aufnehmen (M11) der photographischen Bilddaten mithilfe einer Digitalkamera (8a) durchgeführt wird.A test method (M1) according to claim 1, wherein said taking (M11) of said photographic image data by means of a digital camera ( 8a ) is carried out.

Prüfverfahren (M1) gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Aufnehmen (M12) der thermographischen Bilddaten mithilfe einer Wärmebildkamera (8b) durchgeführt wird.Test method (M1) according to one of claims 1 and 2, wherein the taking (M12) of the thermographic image data by means of a thermal imaging camera ( 8b ) is carried out.

Prüfverfahren (M1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin mit den Schritten: Erstellen (M13) eines virtuellen, dreidimensionalen geometrischen Modells auf der Basis der Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten; und Erstellen (M14) einer Temperaturverteilungskarte durch Zuordnen der Serie von zweidimensionalen thermographischen Bilddaten zu Modellpunkten des erstellten virtuellen, dreidimensionalen geometrischen Modells.Test method (M1) according to one of claims 1 to 3, further comprising the steps: Creating (M13) a virtual three-dimensional geometric model based on the series of two-dimensional photographic image data; and Creating (M14) a temperature distribution map by associating the series of two-dimensional thermographic image data with model points of the created virtual three-dimensional geometric model.

Prüfverfahren (M1) gemäß Anspruch 4, wobei das virtuelle, dreidimensionale geometrische Modell mithilfe eines FEM-Algorithmus erstellt wird.Test method (M1) according to claim 4, wherein the virtual, three-dimensional geometric model is created using an FEM algorithm.

3D-Druckverfahren (M2), mit den Schritten: Durchführen (M21) eines generativen Fertigungsprozesses zur Herstellung eines additiv gefertigten Bauteils (B) in Schichtfertigungsweise, Aufnehmen (M22) einer Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten einer Oberfläche von Schichten nach vorbestimmten Prozessschraten des Fertigungsprozesses; und Aufnehmen (M23) einer Serie von mit der Serie von photographischen Bilddaten korrespondierenden zweidimensionalen thermographischen Bilddaten der Oberfläche von Schichten nach den vorbestimmten Prozessschraten des Fertigungsprozesses.3D printing process (M2), with the steps: Performing (M21) a generative manufacturing process for manufacturing an additively manufactured device (B) in a layered manner, taking (M22) a series of two-dimensional photographic image data of a surface of layers according to predetermined process steps of the manufacturing process; and Capturing (M23) a series of two-dimensional thermographic image data of the surface of layers corresponding to the series of photographic image data according to the predetermined process steps of the manufacturing process.

3D-Druckverfahren (M2) gemäß Anspruch 6, wobei das Aufnehmen (M22) der photographischen Bilddaten mithilfe einer Digitalkamera (8a) durchgeführt wird.A 3D printing method (M2) according to claim 6, wherein said taking (M22) of said photographic image data by means of a digital camera ( 8a ) is carried out.

3D-Druckverfahren (M2) gemäß einem der Ansprüche 6 und 7, wobei das Aufnehmen (M23) der thermographischen Bilddaten mithilfe einer Wärmebildkamera (8b) durchgeführt wird.A 3D printing method (M2) according to any one of claims 6 and 7, wherein the taking (M23) of the thermographic image data by means of a thermal imaging camera ( 8b ) is carried out.

3D-Druckverfahren (M2) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der generative Fertigungsprozess mit einem metallischen Werkstoff zur Fertigung des Bauteils (B) durchgeführt wird.The 3D printing method (M2) according to any one of claims 6 to 8, wherein the generative manufacturing process is performed with a metallic material for manufacturing the component (B).

System (10) zur additiven Fertigung von Bauteilen, mit: einer Arbeitskammer (3), welche zur generativen Fertigung eines Bauteils (B) in Schichtfertigungsweise ausgelegt ist; eine photographische Bilderfassungseinrichtung (8a), welche zur Erfassung einer Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten einer Oberfläche von Schichten des Bauteils (B) während der generativen Fertigung ausgelegt ist; und eine thermographische Bilderfassungseinrichtung (8b), welche zur Erfassung einer Serie von mit der Serie von photographischen Bilddaten korrespondierenden zweidimensionalen thermographischen Bilddaten der Oberfläche von Schichten des Bauteils (B) während der generativen Fertigung ausgelegt ist.System ( 10 ) for additive manufacturing of components, comprising: a working chamber ( 3 ), which is designed for the generative production of a component (B) in layer production manner; a photographic image capture device ( 8a ) designed to acquire a series of two-dimensional photographic image data of a surface of layers of the component (B) during generative fabrication; and a thermographic image capture device ( 8b ) designed to acquire a series of two-dimensional thermographic image data of the surface of layers of the component (B) corresponding to the series of photographic image data during the generative fabrication.

System (10) gemäß Anspruch 10, wobei die photographische Bilderfassungseinrichtung (8a) eine Digitalkamera und die thermographische Bilderfassungseinrichtung (8b) eine Wärmebildkamera umfasst.System ( 10 ) according to claim 10, wherein the photographic image capture device ( 8a ) a digital camera and the thermographic image capture device ( 8b ) comprises a thermal imaging camera.

System (10) gemäß einem der Ansprüche 10 und 11, wobei die photographische Bilderfassungseinrichtung (8a) und die thermographische Bilderfassungseinrichtung (8b) in einer gemeinsamen Kamerabaugruppe (8) des Systems (10) angeordnet sind.System ( 10 ) according to one of claims 10 and 11, wherein the photographic image capture device ( 8a ) and the thermographic image capture device ( 8b ) in a common camera assembly ( 8th ) of the system ( 10 ) are arranged.

System (10) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, weiterhin mit: einer Datenverarbeitungseinrichtung (9), welche mit der photographischen Bilderfassungseinrichtung (8a) und der thermographischen Bilderfassungseinrichtung (8b) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, ein virtuelles, dreidimensionales geometrisches Modell auf der Basis der Serie von zweidimensionalen photographischen Bilddaten zu erstellen, und eine Temperaturverteilungskarte durch Zuordnen der Serie von zweidimensionalen thermographischen Bilddaten zu Modellpunkten des erstellten virtuellen, dreidimensionalen geometrischen Modells zu erstellen.System ( 10 ) according to one of claims 10 to 12, further comprising: a data processing device ( 9 ) associated with the photographic image capture device ( 8a ) and the thermographic image capture device ( 8b ), which is adapted to create a virtual three-dimensional geometric model based on the series of two-dimensional photographic image data, and to create a temperature distribution map by associating the series of two-dimensional thermographic image data with model points of the created virtual three-dimensional geometric model ,

System (10) gemäß Anspruch 13, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (9a) dazu ausgelegt ist, das virtuelle, dreidimensionale geometrische Modell mithilfe eines FEM-Algorithmus zu erstellen.System ( 10 ) according to claim 13, wherein the data processing device ( 9a ) is designed to create the virtual three-dimensional geometric model using an FEM algorithm.

Nicht-flüchtiges computerlesbares Speichermedium (20), auf welchem computerausführbare Anweisungen gespeichert sind, die bei Ausführung mittels einer datenverarbeitenden Vorrichtung die datenverarbeitende Vorrichtung dazu veranlassen, die Schritte eines Prüfverfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 oder die Schritte eines 3D-Druckverfahrens gemäß den Ansprüchen 6 bis 9 auszuführen. Non-transitory computer-readable storage medium ( 20 on which are stored computer-executable instructions which, when executed by a data processing apparatus, cause the data-processing apparatus to perform the steps of a test method according to claims 1 to 5 or the steps of a 3D printing method according to claims 6 to 9.