DE102020201995A1 - Laserzentrumsabhängige Belichtungsstrategie - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben wird jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend dieses Strahlbündel auf die Bauebene (7) gerichtet wird,wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) ein Projektionszentrum (23') zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) auf die Bauebene (7) entspricht,wobei zumindest in einem Abschnitt eines Objektquerschnitts, die Richtungen der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln (22) beim Abtasten der Trajektorien (54) so festgelegt werden, dass an jeder der Verfestigungsstellen in diesem Abschnitt der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum (23') des verwendeten Strahlbündels (22) hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel y1 ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung, ein entsprechend angepasstes additives Herstellverfahren, eine entsprechende Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung, eine entsprechend angepasste additive Herstellvorrichtung und ein durch das entsprechend angepasste additive Herstellverfahren hergestelltes Objekt.
  • Additive Herstellvorrichtungen und zugehörige Verfahren, auf die sich die Erfindung bezieht, sind allgemein dadurch charakterisiert, dass in ihnen Objekte durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials (z.B. eines Metall- oder Kunststoffpulvers) Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann beispielsweise durch Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial mittels Bestrahlens desselben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung (z.B. Lasersintern (SLS oder DMLS) oder Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen) herbeigeführt werden. Beispielsweise beim Lasersintern oder Laserschmelzen wird ein Laserstrahl über jene Stellen einer Schicht des Aufbaumaterials bewegt, die dem Objektquerschnitt des herzustellenden Objekts in dieser Schicht entsprechen, so dass an diesen Stellen das Aufbaumaterial verfestigt wird. Nachdem an einer Stelle das Aufbaumaterial durch die Zufuhr von Wärmeenergie aufgeschmolzen bzw. gesintert wurde, liegt nach dem Abkühlen das Aufbaumaterial nicht mehr in formlosem Zustand, sondern als Festkörper vor. Nachdem alle zu verfestigenden Stellen eines Objektquerschnitts abgetastet wurden, wird eine neue Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht und ebenfalls an den dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht entsprechenden Stellen verfestigt.
  • Insbesondere bei der Verarbeitung von Metallpulver als Aufbaumaterial entstehen beim Aufschmelzvorgang Verunreinigungen (z.B. Metalldämpfe, Rauch oder Spratzer), die sich auf der zu verfestigenden Schicht niederschlagen oder die Strahlungszufuhr behindern. Solche Verunreinigungen sind unerwünscht, da sie z.B. zu einer nicht erwünschten Streuung der mechanischen Eigenschaften der hergestellten Objekte führen können. Im Stand der Technik versucht man daher, die Einflüsse dieser Verunreinigungen auf die Eigenschaften eines hergestellten Objekts dadurch zu minimieren, dass man während des Abtastvorgangs einen Gasstrom über die zu verfestigende Stelle leitet.
  • In WO 2014/125280 A2 wird vorgeschlagen, die Bewegungsrichtung des Strahlbündels beim Abtasten der Schicht auf die Richtung des Gasstroms abzustimmen, um möglichst homogene Objekteigenschaften zu erzielen. Obwohl durch solch eine Vorgehensweise bereits eine Verbesserung der Objekteigenschaften erreicht wird, ist das beschriebene Vorgehen dennoch verbesserungswürdig, da zum Einen die Abstimmung der Bewegung des Strahlbündels und der Richtung des Gasstroms aufeinander den Herstellvorgang mitunter verkompliziert und zum Anderen gerade bei ausgedehnten Baufeldern immer noch Inhomogenitäten der Objekteigenschaften beobachtet wurden.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung bereitzustellen, mittels derer eine verbesserte Homogenität der Eigenschaften von additiv hergestellten Objekten erzielbar ist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung nach Anspruch 1, 5 und 10, ein additives Herstellverfahren nach Anspruch 24, eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung nach Anspruch 25, 26 und 27, eine additive Herstellvorrichtung nach Anspruch 28 und ein Objekt nach Anspruch 29. Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch durch untenstehende bzw. in den abhängigen Ansprüchen ausgeführte Merkmale der erfindungsgemäßen Verfahren weitergebildet sein und umgekehrt. Ferner können die im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Merkmale auch zur Weiterbildung einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt werden, selbst wenn dies nicht explizit angegeben wird.
  • Additive Herstellvorrichtungen und -verfahren, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind insbesondere solche, bei denen Energie als elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung selektiv einer Schicht eines formlosen Aufbaumaterials zugeführt wird. Die Arbeitsebene (auch als Bauebene bezeichnet) ist dabei eine Ebene, in der die Oberseite der Schicht liegt, welcher die Energie zugeführt wird. Hierbei kann die Energieeintragsvorrichtung beispielsweise einen Laser oder eine Elektronenstrahlquelle aufweisen. Die dem Aufbaumaterial zugeführte Strahlung erwärmt dieses und bewirkt dadurch einen Sinter- oder Schmelzvorgang. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Lasersinter-, Laserschmelz- und Elektronenstrahlschmelzvorrichtungen sowie die zugehörigen Verfahren. Obwohl die Erfindung sowohl in Zusammenhang mit kunststoffbasiertem Aufbaumaterial als auch in Zusammenhang mit metallbasiertem Aufbaumaterial angewendet werden kann, ist eine Anwendung der Erfindung in Zusammenhang mit additiven Herstellverfahren und -vorrichtungen, bei denen ein metallenes oder zumindest metallhaltiges Aufbaumaterial verwendet wird, beispielsweise ein Metallpulver oder Metalllegierungspulver, von besonderem Vorteil.
  • Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass mittels einer erfindungsgemäßen additiven Herstellvorrichtung nicht nur ein Objekt, sondern auch mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden können. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von der Herstellung eines Objekts die Rede ist, dann versteht es sich, dass die jeweilige Beschreibung in gleicher Weise auch auf additive Herstellverfahren und -vorrichtungen anwendbar ist, bei denen mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden.
  • Hier wird der Begriff „Strahlbündel“ anstelle von „Strahl“ verwendet, um zum Ausdruck zu bringen, dass der Durchmesser des Strahls nicht notwendigerweise sehr klein sein muss, insbesondere wenn die Strahlung schräg auf das Aufbaumaterial auftrifft oder aber Strahlung verwendet wird, die beim Auftreffen auf das Aufbaumaterial bewusst einen größeren Flächenbereich abdecken soll.
  • Bei einem Strahlbündel-Ablenkzentrum kann es sich beispielsweise um einen Scanner mit einem oder mehreren Galvanometerspiegeln zur Ablenkung eines Laserstrahls handeln. Dabei können auch mehrere unterschiedliche Strahlbündel ein und demselben Strahlbündel-Ablenkzentrum bzw. Scanner zugeordnet sein, die z.B. abwechselnd von diesem Strahlbündel-Ablenkzentrum auf die Bauebene gerichtet werden, obwohl normalerweise einem Strahlbündel-Ablenkzentrum genau ein auf die Bauebene zu richtendes Strahlbündel zugeordnet ist. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass in der vorliegenden Anmeldung der Begriff „Anzahl“ stets im Sinne von „ein oder mehrere“ zu verstehen ist. Für eine Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene kann beispielsweise ein Lot auf der Bauebene errichtet werden, das durch eine Stelle des Strahlbündel-Ablenkzentrums geht, von der aus das von dem Strahlbündel-Ablenkzentrum auf die Bauebene gerichtete Strahlbündel seinen Ausgang nimmt. Das Projektionszentrum ist dann jener Ort in der Bauebene, an dem das Lot errichtet wurde. Es sei erwähnt, dass im Falle mehrerer Strahlbündel, die einem Strahlbündel-Ablenkzentrum zugeordnet sind, etwaige Positionsunterschiede der Stellen an denen die Strahlbündel ihren Ausgang nehmen, vernachlässigbar sind.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Herstellung zumindest einer Anzahl von Querschnitten des Objekts, bevorzugt zur Herstellung des gesamten Objekts, die Energieeintragsvorrichtung jeweils basierend auf einem Datenmodell eines Objektquerschnitts so angesteuert, dass den dem Objektquerschnitt entsprechenden zu verfestigenden Stellen durch die Energieeintragsvorrichtung die für eine Verfestigung des Aufbaumaterials notwendige Energie zugeführt wird. Insbesondere wird dabei die zeitliche Reihenfolge, in der die Stellen zu verfestigen sind, also eine Scanlinie bzw. eine Trajektorie in der Bauebene, entlang derer das Strahlbündel bewegt werden soll, vorgegeben und die Anzahl von Strahlbündel-Ablenkzentren zur Bewegung der ihnen zugeordneten Strahlbündel entsprechend angesteuert.
  • Eine bei der Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung vorgegebene Trajektorie eines Strahlbündels entspricht einer Verfestigungsbahn in der Bauebene, entlang derer das Aufbaumaterial durch Verlagerung des Schmelzbades in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Bauebene verfestigt werden soll. Dabei wird dem, bevorzugt pulverförmigen oder pastosen, Aufbaumaterial an einer Verfestigungsstelle durch das Strahlbündel soviel Energie zugeführt, dass das Aufbaumaterial an dieser Stelle infolge einer Überschreitung einer Schmelztemperatur, also einer Solidus- und/oder Liquidustemperatur, versintert bzw. vollständig aufschmilzt, um danach im abgekühlten Zustand nicht mehr im formlosen Zustand, sondern als Festkörper vorzuliegen. Verfestigungsbahnen sind daher Bereiche, in denen beim Abtasten des Aufbaumaterials durch das zumindest eine Strahlbündel tatsächlich eine Verfestigung und nicht lediglich eine Erwärmung desselben bewirkt wird. Eine Verfestigungsbahn kann z. B. eine gerade Strecke einer gewissen Breite sein, es gibt aber auch Fälle, in denen beim Bewegen eines Strahlbündels entlang der Verfestigungsbahn ein oder mehrere Richtungsänderungen stattfinden, insbesondere die Verfestigungsbahn geometrisch als gekrümmte Linie einer gewissen Breite vorliegt. Wenn in der vorliegenden Anmeldung auf ein Abtasten mit einem Strahlbündel Bezug genommen wird, dann ist dabei stets eine Einwirkung des Strahlbündels auf das Aufbaumaterial gemeint, die eine Verfestigung zumindest einer obersten Schicht des Aufbaumaterials bewirkt, das Aufbaumaterial also nicht lediglich vorerwärmt oder nacherwärmt.
  • Wenn in dieser Anmeldung ein Winkel zwischen zwei Vektoren erwähnt wird, dann wird darunter stets ein Winkel zwischen den Richtungen der beiden Vektoren verstanden, dessen Wert kleiner oder gleich 180° ist.
  • Ein Abschnitt eines Objektquerschnitts, auf den sich die Erfindung bezieht, muss sich nicht notwendigerweise nur auf eine Teilfläche eines Objektquerschnitts oder einen einzigen Objektquerschnitt beziehen, sondern kann auch das ganze herzustellende Objekt umfassen.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wird das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden,
    wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum oberhalb der Bauebene zugeordnet ist, von dem ausgehend dieses Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird,
    wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht,
    wobei zumindest in einem Abschnitt eines Objektquerschnitts, die Richtungen der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln beim Abtasten der Trajektorien so festgelegt werden, dass an jeder der Verfestigungsstellen in diesem Abschnitt der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des verwendeten Strahlbündels hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel y1 ist.
  • Ein Verbindungsvektor von einer Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum ist hierbei ein entlang der kürzestmöglichen geraden Verbindungslinie zwischen Verfestigungsstelle und Projektionszentrum zum Projektionszentrum hin gerichteter Vektor, dessen Länge dem Abstand zwischen Verfestigungsstelle und Projektionszentrum entspricht.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Objekte mit verbesserter Homogenität additiv herstellen. Dies gilt nicht nur für die Homogenität der Materialeigenschaften innerhalb eines Objektes, sondern auch im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften von Objekt zu Objekt bei zeitgleicher Herstellung von gleichen Objekten an verschiedenen Stellen in der additiven Herstellvorrichtung. Die Erfinder erklären sich dies damit, dass bei einem Herstellvorgang das Strahlbündel nahezu immer unter einem von 90° verschiedenen Winkel auf die Bauebene auftrifft. Ein senkrechtes Auftreffen des Strahlbündels liegt tatsächlich nur im Projektionszentrum vor. Nach den Erkenntnissen der Erfinder kann es bei einem schräg auftreffenden Strahlbündel zu einer Verlagerung von Aufbaumaterial an der Verfestigungsstelle kommen. So konnten die Erfinder beobachten, dass bei einem schräg auftreffenden Strahlbündel umso mehr Aufbaumaterial verlagert wird, je ausgeprägter die Bewegung des Strahlbündels vom Projektionszentrum weg ist. Eine Verlagerung von Aufbaumaterial führt dabei dazu, dass das verfestigte Materialvolumen schwankt, wodurch eine Inhomogenität der mechanischen Eigenschaften resultiert. Eine Vermeidung von Bewegungsrichtungen des Strahlbündels, die im Wesentlichen von dem Projektionszentrum weg zeigen, bringt daher Vorteile. Insbesondere ergeben sich diese Vorteile unabhängig von der jeweiligen Orientierung eines Gasstroms über das Baufeld bezüglich des Bewegungsvektors eines Strahlbündels.
  • Es sei bemerkt, dass es auch möglich ist, für Bewegungsvektoren, die auf unterschiedlichen Seiten des Verbindungsvektors liegen, für den Maximalwinkel y1 unterschiedliche Werte vorzugeben.
  • Bevorzugt weist der vorbestimmte Maximalwinkel y1 einen Wert auf, der kleiner oder gleich 135° ist, bevorzugt, kleiner oder gleich 90°.
  • Um gute Resultate zu erzielen, wird bevorzugt ein Maximalwinkel von 90° gewählt. Allerdings sind auch mit einem Maximalwinkel zwischen 90° und 135° noch zufriedenstellende Ergebnisse erzielbar. Je geringer der Maximalwinkel, desto bessere Resultate lassen sich erzielen. Daher kann in Abhängigkeit von den Qualitätsanforderungen auch ein Maximalwinkel von 75°, 60°, 45°, etc. gewählt werden.
  • Weiter bevorzugt werden für unterschiedliche Werte eines Strahlbündelablenkwinkels α unterschiedliche Maximalwinkel γ1 festgelegt, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand zwischen der Verfestigungsstelle und dem Projektionszentrum und der Länge der Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums definiert ist, wobei die Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums ein auf der Bauebene gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum verbindet.
  • Ein Strahlbündelablenkwinkel α ist hier als Winkel zwischen der Propagationsrichtung des Strahlbündels und dem Lot auf die Bauebene definiert. Je schräger das Strahlbündel auf die Bauebene auftrifft, also je größer der Strahlbündelablenkwinkel α ist, desto ausgeprägter werden die Effekte beim Auftreffen des Strahlbündels auf das Aufbaumaterial (insbesondere eine Materialverlagerung) sein und desto kleiner sollte der Maximalwinkel y1 gewählt werden. Daher bringt es Vorteile, in Regionen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum eines Strahlbündel-Ablenkzentrums sind, einen kleineren Maximalwinkel γ1 zugrunde zu legen. Dabei ist es bereits vorteilhaft, wenn zumindest zwei unterschiedliche Werte des Maximalwinkels y1 zugrunde gelegt werden, wobei natürlich eine Abstufung mit drei, vier oder fünf unterschiedlichen Werten des Maximalwinkels y1 in Abhängigkeit vom Strahlbündelablenkwinkel α zu noch besseren Resultaten führt.
  • Weiter bevorzugt wird bei dem Verfahren festgelegt, dass zumindest zwei benachbarte Trajektorien in gleicher oder unterschiedlicher Richtung abgetastet werden, und unterschiedliche Strahlbündel zur Abtastung benachbarter Trajektorien verwendet werden.
  • Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist insbesondere dann offensichtlich, wenn die unterschiedlichen Strahlbündel unterschiedlichen Strahlbündel-Ablenkzentren zugeordnet sind. Dann kann ein Abtastvorgang schneller vonstatten gehen, weil ungeachtet des zeitlichen Vorteils einer zeitgleichen Abtastung von unterschiedlichen Stellen des Objektquerschnitts für jede Verfestigungsstelle immer jenes Strahlbündel zum Abtasten gewählt werden kann, welches infolge der Position des zugehörigen Projektionszentrums zum Umsetzen der bevorzugten Belichtungsweise günstig liegt. Insbesondere ist dann eine Abtastung benachbarter Trajektorien in alternierenden Richtungen möglich, wobei dies ggf. mit erhöhtem zeitlichem Versatz durchgeführt werden kann.
  • Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wird das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden,
    wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum oberhalb der Bauebene zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird,
    wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht,
    wobei zumindest ein Abschnitt eines Objektquerschnitts, Teilbereich für Teilbereich verfestigt wird,
    wobei in zumindest einem der Teilbereiche, dessen Verfestigungsstellen mit einem diesem Teilbereich zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden.
  • Die erwähnten Teilbereiche können im Prinzip eine beliebige Gestalt aufweisen. Bevorzugt wird eine Rechteck- oder Quadratgestalt gewählt, da dann die Trajektorien in einem Teilbereich häufig gleich lang oder im Wesentlichen gleich lang sind, wodurch eine bessere Homogenität beim Verfestigen erzielt werden kann. Ein im Wesentlichen paralleler Verlauf von zwei Trajektorien liegt dann vor, wenn sie auf mindestens 80%, bevorzugt mindestens 95% der Länge der kürzeren von beiden zueinander parallel sind.
  • Sofern für alle in einem Teilbereich vorhandenen Trajektorien das gleiche Verfahren zur Bestimmung ihres räumlichen Abstands vom Projektionszentrum zugrunde gelegt wird, gibt es keine Einschränkungen, wie der Abstand zu bestimmen ist. Beispielsweise kann ein Mittelwert der Abstände aller Punkte auf einer Trajektorie zum Projektionszentrum als Abstand der Trajektorie vom Projektionszentrum definiert werden. Denkbar wäre aber z.B. auch, jeweils das Minimum der Abstände aller Punkte auf einer Trajektorie vom Projektionszentrum als Abstand der Trajektorie vom Projektionszentrum zu definieren.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das zu additiv hergestellten Objekten mit verbesserter Homogenität führen kann, resultiert die Vorteilhaftigkeit aus dem Umstand, dass eine nicht isotrope Ablagerung von Material bei schrägem Auftreffen eines Strahlbündels auf die Bauebene berücksichtigt wird. Insbesondere werden bei einem schräg auftreffenden Strahlbündel beim Aufschmelzvorgang entstehende Verunreinigungen (z.B. teilweise aufgeschmolzenes Material) bevorzugt zum Projektionszentrum hin in der Bauebene abgelagert. Wenn Trajektorien, die einen geringeren Abstand zum Projektionszentrum haben, vor Trajektorien, die einen größeren Abstand zum Projektionszentrum haben, abgetastet werden, dann führt das dazu, dass die Trajektorien in einem Teilbereich, eine nach der anderen beginnend mit der dem Projektionszentrum nächstgelegenen und endend mit der vom Projektionszentrum am Weitesten entfernten abgetastet werden. Dies führt dazu, dass während des Abtastens einer Trajektorie entstehende Verunreinigungen sich stets auf bereits verfestigtem Aufbaumaterial (zum Projektionszentrum hin) ablagern. Dadurch wird eine verbesserte Homogenität des verfestigten Objekts erzielt, da die Verunreinigungen nicht den Verfestigungsvorgang der nachfolgenden Trajektorie beeinträchtigen können, wie es bei der umgekehrten Abtastreihenfolge der Fall wäre. Insbesondere ergibt sich eine verbesserte Homogenität unabhängig von der jeweiligen Orientierung eines Gasstroms über das Baufeld.
  • Bevorzugt werden in einem Teilbereich, in dem die Trajektorien im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden, die Richtungen der Bewegungsvektoren entlang der Trajektorien so festgelegt, dass an jeder der Verfestigungsstellen der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des für diesen Teilbereich verwendeten Strahlbündels hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel y1 ist.
  • Durch die beschriebene Vorgehensweise werden die Vorteile einer vorteilhaften Wahl der Richtung des Bewegungsvektors beim Abtasten der Trajektorien mit jenen bei einer vorteilhaften Wahl der Abtastreihenfolge der Trajektorien kombiniert, wodurch noch homogenere Bauteile erzielt werden können. Um gute Resultate zu erzielen, wird bevorzugt ein Maximalwinkel γ1 von 90° gewählt. Allerdings sind auch mit einem Maximalwinkel zwischen 90° und 135° noch zufriedenstellende Ergebnisse erzielbar. Je geringer der Maximalwinkel, desto bessere Resultate lassen sich erzielen. Daher kann in Abhängigkeit von den Qualitätsanforderungen auch ein Maximalwinkel von 75°, 60°, 45°, etc. gewählt werden.
  • Weiter bevorzugt wird zur Bestimmung der Nähe einer Trajektorie zum Projektionszentrum für jede der Trajektorien ein Referenzpunkt-Verbindungsvektor von einem Referenzpunkt auf der jeweiligen Trajektorie, bevorzugt von einem Anfangspunkt der jeweiligen Trajektorie, zum Projektionszentrum konstruiert wird und die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente des Referenzpunkt-Verbindungsvektors bestimmt, wobei festgelegt wird, dass für jeweils zwei Trajektorien, bei denen sich die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente unterscheidet, jene Trajektorie näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegt, bei der die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente kleiner ist.
  • Ein Referenzpunkt auf einer Trajektorie ist hierbei ein Punkt, dessen Abstände zum Anfangs- und Endpunkt der Trajektorie einem vordefinierten Verhältnis genügen. Insbesondere kann dies jeweils der Anfangspunkt oder der Endpunkt der Trajektorie sein. Wenn benachbarte Trajektorien in entgegengesetzten Richtungen durchlaufen werden, kann als Referenzpunkt beispielweise jener Punkt festgelegt werden, der zum Anfangspunkt und zum Endpunkt den gleichen Abstand aufweist. Die beschriebene Vorgehensweise bei der Festlegung der Abstände der Trajektorien vom Projektionszentrum ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Trajektorien nicht senkrecht auf den Verbindungsvektoren vom Projektionszentrum zu den jeweiligen Anfangspunkten der Trajektorien stehen.
  • Weiter bevorzugt weist in einem Teilbereich, in dem die Trajektorien im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden, der Bewegungsvektor an zumindest einer Verfestigungsstelle einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des verwendeten Strahlbündels hin auf, der größer als ein vorbestimmter Minimalwinkel y2 ist. Wenn der Bewegungsvektor des Strahlbündels beim Abtasten der Trajektorien einen kleinen Winkel gegenüber dem Verbindungsvektor einer Verfestigungsstelle auf der Trajektorie zum Projektionszentrum aufweist, dann werden beim schrägen Auftreffen des Strahlbündels auf die Bauebene die Verunreinigungen näherungsweise entlang der Trajektorie selbst abgelagert. Eine Beeinträchtigung benachbarter Trajektorien ist dann nicht so groß. Daher ist es sinnvoll, einen Minimalwinkel y2 zu definieren und erst bei Überschreiten dieses Minimalwinkels eine bestimmte Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien festzulegen. Bevorzugt kann ein Wert von 45° für den Minimalwinkel gewählt werden, noch bevorzugter ein Wert von 60°, noch weiter bevorzugt ein Wert von 75°.
  • Es sei noch bemerkt, dass es auch möglich ist, für Bewegungsvektoren, die auf unterschiedlichen Seiten des Verbindungsvektors liegen, für den Minimalwinkel γ2 unterschiedliche Werte vorzugeben.
  • Bevorzugt werden für unterschiedliche Werte eines Strahlbündelablenkwinkels α unterschiedliche Minimalwinkel y2 festgelegt, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand der Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum und der Länge der Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums definiert ist, wobei die Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums ein auf der Bauebene gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum verbindet.
  • Je schräger das Strahlbündel auf die Bauebene auftrifft, desto ausgeprägter wird die Ablagerung von Verunreinigungen in einer Vorzugsrichtung sein. Daher bringt es Vorteile, in Regionen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum eines Strahlbündel-Ablenkzentrums sind, einen geringeren Minimalwinkel y2 zugrunde zu legen. Dabei ist es bereits vorteilhaft, wenn zumindest zwei unterschiedliche Werte des Minimalwinkels γ2 zugrunde gelegt werden.
  • Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wird das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden,
    wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum oberhalb der Bauebene zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird,
    wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht,
    wobei zumindest ein Abschnitt eines Objektquerschnitts, Teilbereich für Teilbereich verfestigt wird, wobei die zeitliche Reihenfolge der Abtastung von Teilbereichen, deren Verfestigungsstellen mit einem diesen Teilbereichen zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, so festgelegt wird, dass Teilbereiche, die näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegen, vor Teilbereichen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden.
  • Die erwähnten Teilbereiche können im Prinzip eine beliebige Gestalt aufweisen. Weiterhin können die Teilbereiche prinzipiell eine beliebige Gestalt aufweisen und auch die Flächen der unterschiedlichen Teilbereiche können unterschiedlich groß sein. Ferner muss das Aufbaumaterial innerhalb der Teilbereiche nicht zwingend entlang von geradlinigen Trajektorien verfestigt werden. Denkbar wäre auch eine Abtastung entlang einer Zykloidenbahn (im Fachjargon als „Wobbeln“ bezeichnet). Wenn allerdings die Trajektorien in einem Teilbereich im Wesentlichen parallel und im Wesentlichen gleich lang gewählt werden, wird bevorzugt gleichzeitig eine Rechteck- oder Quadratgestalt der Teilbereiche gewählt. Ein im Wesentlichen paralleler Verlauf von zwei Trajektorien liegt dann vor, wenn sie auf mindestens 80%, bevorzugt mindestens 95% der Länge der kürzeren von beiden zueinander parallel sind. Bei einer Rechteck- oder Quadratgestalt der Teilbereiche lässt sich weiterhin besonders gut ein Abschnitt eines Objektquerschnitts mit Teilbereichen, die ohne Lücken aneinander grenzen, überdecken.
  • Sofern für alle Teilbereiche das gleiche Verfahren zur Bestimmung ihres räumlichen Abstands vom Projektionszentrum zugrunde gelegt wird, gibt es keine Einschränkungen, wie der Abstand zu bestimmen ist. Beispielsweise kann ein Mittelwert der Abstände aller innerhalb eines Teilbereichs zu verfestigenden Stellen vom Projektionszentrum als Abstand des Teilbereichs vom Projektionszentrum definiert werden. Denkbar wäre aber z.B. auch, jeweils das Minimum der Abstände aller innerhalb eines Teilbereichs zu verfestigenden Stellen vom Projektionszentrum als Abstand des Teilbereichs vom Projektionszentrum zu definieren.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das zu additiv hergestellten Objekten mit verbesserter Homogenität führen kann, resultiert die Vorteilhaftigkeit ebenfalls aus dem Umstand, dass eine nicht isotrope bzw. räumlich ungleichmäßig verteilte Ablagerung von Verunreinigungen bei schrägem Auftreffen eines Strahlbündels auf die Bauebene berücksichtigt wird. Wie bereits oben erwähnt wurde, werden bei einem schräg auftreffenden Strahlbündel die Verunreinigungen bevorzugt zum Projektionszentrum hin in der Bauebene abgelagert. Wenn Teilbereiche, denen für eine Abtastung das gleiche Strahlbündel zugeordnet ist, so abgetastet werden, dass jene Teilbereiche, die einen geringeren Abstand zum Projektionszentrum des Strahlbündels haben, vor Teilbereichen, die einen größeren Abstand zum Projektionszentrum haben, abgetastet werden, dann führt das dazu, dass die Teilbereiche, einer nach dem anderen beginnend mit dem dem Projektionszentrum nächstgelegenen und endend mit dem vom Projektionszentrum am Weitesten entfernten abgetastet werden. Dies führt dazu, dass während des Abtastens eines Teilbereichs entstehende Verunreinigungen sich stets auf bereits verfestigtem Aufbaumaterial (zum Projektionszentrum hin) ablagern. Dadurch wird eine verbesserte Homogenität des verfestigten Objekts erzielt, da die Verunreinigungen nicht den Verfestigungsvorgang des nachfolgenden Teilbereichs beeinträchtigen können, wie es bei der umgekehrten Abtastreihenfolge der Fall wäre. Insbesondere ergibt sich eine verbesserte Homogenität unabhängig von der jeweiligen Orientierung eines Gasstroms über das Baufeld.
  • Bevorzugt weist in den Teilbereichen, für die die zeitliche Reihenfolge der Abtastung festgelegt wird, an jeder der Verfestigungsstellen der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des für diesen Teilbereich verwendeten Strahlbündels hin auf, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel y1 ist.
  • Durch die beschriebene Vorgehensweise werden die Vorteile einer vorteilhaften Wahl der Richtung des Bewegungsvektors beim Abtasten der Trajektorien mit jenen bei einer vorteilhaften Wahl der Abtastreihenfolge der Teilbereiche kombiniert, wodurch noch homogenere Bauteile erzielt werden können. Um gute Resultate zu erzielen, wird bevorzugt ein Maximalwinkel y1 von 90° gewählt. Allerdings sind auch mit einem Maximalwinkel zwischen 90° und 135° noch zufriedenstellende Ergebnisse erzielbar. Je geringer der Maximalwinkel, desto bessere Resultate lassen sich erzielen. Daher kann in Abhängigkeit von den Qualitätsanforderungen auch ein Maximalwinkel von 75°, 60°, 45°, etc. gewählt werden.
  • Bevorzugt wird in zumindest einem Teilbereich, dessen Verfestigungsstellen mit einem diesem Teilbereich zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden.
  • Sofern für alle in einem Teilbereich vorhandenen Trajektorien das gleiche Verfahren zur Bestimmung ihres räumlichen Abstands vom Projektionszentrum zugrunde gelegt wird, gibt es keine Einschränkungen, wie der Abstand zu bestimmen ist. Beispielsweise kann ein Mittelwert der Abstände aller Punkte auf einer Trajektorie zum Projektionszentrum als Abstand der Trajektorie vom Projektionszentrum definiert werden. Denkbar wäre aber z.B. auch, jeweils das Minimum der Abstände aller Punkte auf einer Trajektorie zum Projektionszentrum als Abstand der Trajektorie vom Projektionszentrum zu definieren.
  • Durch die beschriebene Vorgehensweise werden die Vorteile einer vorteilhaften Wahl der Abtastreihenfolge der Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs, bevorzugt innerhalb jedes der Teilbereiche, mit jenen bei einer vorteilhaften Wahl der Abtastreihenfolge der Teilbereiche kombiniert, wodurch homogenere Bauteile erzielt werden können.
  • Weiter bevorzugt wird als Maß für den Abstand eines Teilbereichs vom Projektionszentrum das Minimum der Abstände der Verfestigungsstellen in dem Teilbereich vom Projektionszentrum verwendet.
  • Mit der beschriebenen Definition des Abstands eines Teilbereichs vom Projektionszentrum lässt sich auf einfache Weise eine Abtastreihenfolge der Teilbereiche definieren.
  • Weiter bevorzugt weist der Abschnitt eine Mehrzahl von Teilbereichen auf, die in einer Draufsicht auf die Bauebene eine Rechteckgestalt aufweisen, wobei die Trajektorien in dem Abschnitt im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen parallel zu den Querseiten der Teilbereiche verlaufen, wobei als Maß für den Abstand eines Teilbereichs vom Projektionszentrum die Länge eines Lots vom Projektionszentrum auf eine durch einen Teilbereich parallel zu einer Längsseite verlaufende Gerade verwendet wird.
  • Mit solch einer Definition des Abstands eines Teilbereichs vom Projektionszentrum kann insbesondere für nebeneinander liegende rechteckige Teilbereiche auf definierte Weise eine Abtastreihenfolge festgelegt werden.
  • Weiter bevorzugt weisen bei der Verfestigung von in unterschiedlichen Schichten vorhandenen Querschnitten des Objekts die Längsseiten der Mehrzahl von Teilbereichen in den unterschiedlichen Schichten eine veränderte Orientierung in der Bauebene auf.
  • Eine veränderte Orientierung der Teilbereiche in der Bauebene von Schicht zu Schicht kann zu einer Reduzierung der Anisotropie der Eigenschaften der hergestellten Objekte führen. Je häufiger die Teilbereiche von Schicht zu Schicht rotiert werden, desto isotropere Eigenschaften in einer zur Bauebene parallelen Ebene sind erzielbar. Wenn die Orientierung der Trajektorien in den Teilbereichen beispielsweise so gewählt wird, dass die Trajektorien stets unter einem spezifizierten Winkel die Längsseiten der Teilbereiche schneiden, dann resultiert aus einer unterschiedlichen Orientierung der Teilbereiche von Schicht zu Schicht auch eine unterschiedliche Orientierung der Trajektorien in ihnen von Schicht zu Schicht. Daraus kann sich eine unterschiedliche Festlegung der Abtastreihenfolge der Teilbereiche von Schicht zu Schicht ergeben und insbesondere eine unterschiedliche Zuordnung von Laserstrahlbündel-Ablenkzentren zu Teilbereichen, um für eine optimierte Richtung der Bewegungsvektoren und Abtastreihenfolgen in Bezug auf das jeweilige Projektionszentrum zu sorgen. Insbesondere kann ein Schichtrotationswinkel δ, um den die Teilbereiche von Schicht zu Schicht rotiert werden, in Abhängigkeit von einem für die Teilbereiche vorgegebenen Maximalwinkel y1 und/oder Minimalwinkel y2 festgelegt werden.
  • Weiter bevorzugt weist in jedem der Teilbereiche, für die die zeitliche Reihenfolge der Abtastung festgelegt wird, der Bewegungsvektor an einer Verfestigungsstelle einen Winkel gegenüber einer geraden Verbindungslinie von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des verwendeten Strahlbündels hin auf, der größer als ein vorbestimmter Minimalwinkel y2 ist.
  • Wenn die Verlaufsrichtung der Trajektorien einen kleinen Winkel gegenüber dem Verbindungsvektor einer Verfestigungsstelle auf der Trajektorie zum Projektionszentrum hin aufweist, dann werden beim schrägen Auftreffen des Strahlbündels auf die Bauebene die Verunreinigungen näherungsweise entlang der Trajektorie selbst abgelagert. Eine Beeinträchtigung benachbarter Trajektorien ist dann nicht so groß. Daher ist es sinnvoll, einen Minimalwinkel y2 zu definieren und erst bei Überschreiten dieses Minimalwinkels eine bestimmte Reihenfolge der Abtastung der Teilbereiche festzulegen. Bevorzugt kann ein Wert von 45° für den Minimalwinkel gewählt werden, noch bevorzugter ein Wert von 60°, noch weiter bevorzugt ein Wert von 75°.
  • Weiter bevorzugt wird ein erfindungsgemäßes Verfahren für einen Abschnitt durchgeführt, der zumindest eine Verfestigungsstelle aufweist, bei deren Abtastung ein Strahlbündelablenkwinkel einen Ablenkminimalwinkel α1 überschreitet, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand der Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum und der Länge der Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums definiert ist, wobei die Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums ein auf der Bauebene gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum verbindet.
  • Je schräger das Strahlbündel auf die Bauebene auftrifft, desto ausgeprägter wird die Ablagerung von Verunreinigungen in einer Vorzugsrichtung sein. Daher kann man für kleine Strahlbündelablenkwinkel eher auf die Vorgehensweise gemäß der Erfindung verzichten. Zur Ermittlung des Ablenkminimalwinkels α1 kann man Vorversuche mit dem zu verwendenden Aufbaumaterial und den anzuwendenden Strahlparametern (z.B. Laserleistung, Strahldurchmesser, etc.) durchführen. Der Ablenkminimalwinkel α1 wird dabei auch davon abhängen, welches Ausmaß an Inhomogenitäten im verfestigten Aufbaumaterial im herzustellenden Objekt akzeptabel ist. Erfahrungsgemäß wird man für die meisten als Aufbaumaterial verwendeten metallhaltigen Pulver für übliche Anforderungen an die Bauteilhomogenität einen Ablenkminimalwinkel α1 festlegen können, der größer oder gleich 16°, bevorzugt größer oder gleich 13°, weiter bevorzugt größer oder gleich 10°, besonders bevorzugt größer oder gleich 7.5° ist, wählen können.
  • Weiter bevorzugt wird für die Abtastung des Aufbaumaterials entlang einer Trajektorie jeweils ein Strahlbündel verwendet, dessen Strahlbündelablenkwinkel α einen vorgegebenen Ablenkmaximalwinkel α2 nicht übersteigt, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand einer Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum und der Länge der Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums definiert ist, wobei die Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums ein auf der Bauebene gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum verbindet.
  • Das beschriebene Vorgehen bietet sich in Fällen an, in denen eine Mehrzahl von Strahlbündel-Ablenkzentren vorhanden ist. Es kann dann beim Abtasten des Aufbaumaterials eine verstärkte einseitige Ablagerung von Verunreinigungen auf der Bauebene vermieden werden. Bevorzugt ist der Ablenkmaximalwinkel α2 mit jenem Ablenkminimalwinkel α1 identisch, bei dessen Überschreitung gemäß der Erfindung vorgegangen werden sollte.
  • Weiter bevorzugt werden für einen größeren Wert eines Strahlbündelablenkwinkels α andere Energieeintragsparameterwerte spezifiziert als für einen kleineren Wert des Strahlbündelablenkwinkels a, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel definiert ist als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand einer Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum und der Länge der Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums, wobei die Projektionslinie des Strahlbündel-Ablenkzentrums ein auf der Bauebene gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum verbindet.
  • Die Erfinder konnten feststellen, dass durch eine Abänderung der Energieeintragsparameter, also z.B. der Laserleistung, der Ablenkgeschwindigkeit bei der Abtastung mit einem Strahlbündel, etc., der verstärkten Ablagerung von Verunreinigungen auf der Bauebene mit zunehmendem Strahlbündelablenkwinkel entgegengewirkt werden kann.
  • Weiter bevorzugt wird die Anzahl der Wechsel von einem Strahlbündel zu einem anderen Strahlbündel während der Abtastung der Trajektorien in dem Abschnitt auf einen Maximalwert M begrenzt.
  • Bei einer Abtastung eines Abschnitts mit mehreren Strahlbündeln, die unterschiedlichen Strahlbündel-Ablenkzentren entstammen, wird unter einem Wechsel von einem Strahlbündel zu einem anderen Strahlbündel eine Abtastung einer ersten Verfestigungsstelle mit einem ersten Strahlbündel und eine Abtastung einer unmittelbar neben der ersten Verfestigungsstelle liegenden zweiten Verfestigungsstelle mit einem zweiten Strahlbündel verstanden, Insbesondere wenn durch eine Unterbrechung des Abtastvorgangs mit einem ersten Strahlbündel und die Fortsetzung des Abtastvorgangs mit einem zweiten Strahlbündel für eine optimierte Richtung des Bewegungsvektors bei der Abtastung gesorgt wird, dann kann dies zu einer zeitlichen Verlängerung des Abtastvorgangs führen, weshalb durch die Festlegung eines Maximalwerts M für die Anzahl der Wechsel dafür gesorgt werden kann, dass eine gewünschte Fertigungszeit des herzustellenden Objekts nicht überschritten wird.
  • Weiter bevorzugt wird der Maximalwert M abhängig von Vorgaben für eine Qualität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts festgelegt.
  • Bevorzugt werden Vorgaben für eine Qualität bzw. Homogenität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts mittels einer Bedienereingabe an einem Eingabeterminal, insbesondere einer graphischen Bedieneroberfläche, gemacht. Dadurch kann ein Bediener individuell für ein zu fertigendes Objekt festlegen, welche Abschnitte eines Objektquerschnitts eine hohe Homogenität aufweisen müssen und welche Vorgaben hinsichtlich der Bauzeit (= Fertigungszeit) gemacht werden.
  • Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass ein Bediener zur Vorgabe der Qualität bzw. Homogenität mittels einer Bedienereingabe an einem Eingabeterminal, insbesondere einer graphischen Bedieneroberfläche, eine von n vorgegebenen aufeinanderfolgenden Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufen auswählt. Dabei ist n eine natürliche Zahl größer Eins und ist bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, gleich der Anzahl der für eine Abtastung eines Abschnitts zur Verfügung stehenden Strahlbündel bzw. Strahlbündel-Ablenkzentren. Ferner wird vorausgesetzt, dass die vorgegebenen Qualitäts- bzw. Homogenitätsstufen einer Ordnungsrelation unterliegen und alle zueinander unterschiedlich sind. Die Vorgabe von diskreten Homogenitätsstufen erleichtert einerseits die Bedienbarkeit und andererseits die Anpassbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens an eine gegebene additive Herstellvorrichtung. Anstelle der Fertigungszeit des Objekts kann auch explizit eine Fertigungszeit des Abschnitts des Objektquerschnitts vorgegeben bzw. aus einem Spektrum möglicher Fertigungszeiten ausgewählt werden. Die vorgegebene oder ausgewählte Fertigungszeit beeinflusst unmittelbar die Fertigungszeit des Objekts.
  • Weiter bevorzugt wird die Anzahl von Strahlbündeln so den Trajektorien zugeordnet, dass der maximale Zeitunterschied zwischen den Zeitdauern, die die Laserstrahlbündel für die Abtastung der ihnen zugeordneten Verfestigungsstellen innerhalb des Abschnitts benötigen, ein Minimum erreicht.
  • Allgemein kann das einer Trajektorie oder einem Teilbereich für eine Abtastung zuzuordnende Strahlbündel entweder zufällig ausgewählt werden oder aber nach einer im Vorhinein festgelegten Regel ausgewählt werden. Die Regel kann insbesondere vom Wert eines Schichtrotationswinkels abhängen, wenn die Orientierung der Teilbereiche in der Bauebene sich von Schicht zu Schicht um einen vorgegebenen Schichtrotationswinkel ändert. Die Regel kann außerdem von den festgelegten Maximalwinkeln y1 und/oder Minimalwinkeln γ2 (diese können auch in den unterschiedlichen Schichten unterschiedlich gewählt werden) abhängen.
  • Bevorzugt wird ein erfindungsgemäßes Verfahren für einen Abschnitt durchgeführt, der zumindest teilweise Bestandteil eines Bodenflächenbereichs eines Objektquerschnitts ist, wobei ein Bodenflächenbereich dadurch definiert ist, dass in mindestens einer von p Schichten unterhalb des Bodenflächenbereichs keine Verfestigung von Aufbaumaterial spezifiziert ist, wobei p eine vorgegebene natürliche Zahl ist, und/oder zumindest teilweise Bestandteil eines ein Deckflächenbereichs eines Objektquerschnitts ist, wobei ein Deckflächenbereich dadurch definiert ist, dass in mindestens einer von q Schichten oberhalb des Deckflächenbereichs keine Verfestigung von Aufbaumaterial spezifiziert ist, wobei q eine vorgegebene natürliche Zahl ist.
  • Gerade in Bodenflächenbereichen und Deckflächenbereichen ist die Erzielung einer guten Oberflächenqualität wichtig, da diese Oberflächen von außen sichtbar sind. Bei dieser Weiterbildung lässt sich zwar für p=1 und q=1 bereits eine deutliche Verbesserung der Oberflächenqualität beobachten, ein Einfluss auf das Verfestigungsverhalten kann aber auch dann vorliegen, wenn sich unverfestigtes Aufbaumaterial in der übernächsten oder einer noch weiter entfernten Schicht befindet. Auswirkungen auf die Qualität von außenliegenden Oberflächen lassen sich aber bereits beobachten, wenn für p und/oder q ein Wert kleiner als 5, bevorzugt kleiner als 10 oder sogar kleiner als 25 gewählt wird. Spezifische Werte für die Parameter p und q, durch welche vorgegeben wird, wann noch ein Einfluss von unverfestigtem Aufbaumaterial vorhanden ist, können in Abhängigkeit von Erfahrungen mit einem bestimmten Aufbaumaterial und einer bestimmten generativen Schichtbauvorrichtung festgelegt werden, z.B. nach Vorversuchen.
  • Weiter bevorzugt wird das Verfahren für einen Abschnitt durchgeführt, der zumindest teilweise Bestandteil eines Konturbereichs eines Objektquerschnitts ist.
  • Bei einem Konturbereich handelt es sich um einen Randbereich eines Objektquerschnitts, der nach Fertigstellung des Objekts einen Teil der Außenoberfläche des Objekts bildet und daher eine hohe Qualität aufweisen sollte. Üblicherweise versucht man eine hohe Qualität dadurch zu erzielen, dass man den Rand des Objektquerschnitts möglichst in einem Zug abtastet. Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung wird von dem herkömmlichen Vorgehen dadurch abgewichen, dass beim Abtasten des Oberflächenbereichs die Lage der einzelnen Verfestigungsstellen bezüglich des Projektionszentrums wie oben beschrieben berücksichtigt wird. Es wird also insbesondere die Richtung des Bewegungsvektors bezüglich des Projektionszentrums und/oder die Reihenfolge, in der die zu verfestigenden Teile des Konturbereichs relativ zum Projektionszentrum abgetastet werden, berücksichtigt. Dadurch kann für eine verbesserte Oberflächenqualität gesorgt werden. Der Abschnitt kann dabei nicht nur einen Teil des Konturbereichs, sondern auch den gesamten Konturbereich umfassen.
  • Bei einem erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels einer additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden, wird die Energieeintragsvorrichtung mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung gesteuert.
  • Insbesondere kann die Energieeintragseinrichtung eine Anzahl von Laserquellen aufweisen, von denen Laserstrahlen einer Anzahl von Scannern (insbesondere Galvanometerscannern) als Strahlbündel-Ablenkzentren zugeführt wird.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben,
    wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden,
    wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum oberhalb der Bauebene zugeordnet ist, von dem ausgehend dieses Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird,
    weist eine Zuordnungseinrichtung auf, die jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zuordnet, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, und
    eine Abtast-Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie zumindest in einem Abschnitt eines Objektquerschnitts, die Trajektorien und die Richtungen der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln beim Abtasten der Trajektorien so festlegt, dass an jeder der Verfestigungsstellen in diesem Abschnitt der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des verwendeten Strahlbündels hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel y1 ist.
  • Die Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung ist in der Lage, das oben beschriebene Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung, bei dem die Richtung der Bewegungsvektoren entlang der Trajektorien festgelegt wird, umzusetzen. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, also insbesondere die Zuordnungseinrichtung und die Abtast-Steuereinheit können dabei alleine durch Software oder aber alleine durch Hardware oder aber mittels einer Mischung aus Hardware und Software implementiert werden.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben,
    wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden,
    wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum oberhalb der Bauebene zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird,
    weist eine Zuordnungseinrichtung auf, die jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zuordnet, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, und
    eine Abtast-Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie eine Verfestigung zumindest eines Abschnitts eines Objektquerschnitts Teilbereich für Teilbereich spezifiziert, wobei in jedem Teilbereich die Trajektorien im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und in zumindest einem der Teilbereiche, dessen Verfestigungsstellen mit einem diesem Teilbereich zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum des Strahlbündels liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden.
  • Diese Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung ist in der Lage, das oben beschriebene Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung, bei dem die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs festgelegt wird, umzusetzen. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, also insbesondere die Zuordnungseinrichtung und die Abtast-Steuereinheit können dabei alleine durch Software oder aber alleine durch Hardware oder aber mittels einer Mischung aus Hardware und Software implementiert werden.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben,
    wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung
    bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden,
    wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum oberhalb der Bauebene zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird,
    weist eine Zuordnungseinrichtung auf, die jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zuordnet, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, und
    eine Abtast-Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie eine Verfestigung zumindest eines Abschnitts eines Objektquerschnitts Teilbereich für Teilbereich spezifiziert, wobei die zeitliche Reihenfolge der Abtastung von Teilbereichen, deren Verfestigungsstellen mit einem diesen Teilbereichen zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, so festgelegt wird, dass Teilbereiche, die näher am Projektionszentrum dieses Strahlbündels liegen, vor Teilbereichen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum liegen, abgetastet werden.
  • Diese Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung ist in der Lage, das oben beschriebene Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung, bei dem die Reihenfolge der Abtastung der Teilbereiche festgelegt wird, umzusetzen. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, also insbesondere die Zuordnungseinrichtung und die Abtast-Steuereinheit können dabei alleine durch Software oder aber alleine durch Hardware oder aber mittels einer Mischung aus Hardware und Software implementiert werden.
  • Eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden, wobei die additive Herstellvorrichtung weist auf:
    • eine Schichtaufbringvorrichtung, die geeignet ist, eine Schicht eines Aufbaumaterials auf eine bereits vorhandene, bevorzugt bereits selektiv verfestigte, Aufbaumaterialschicht aufzubringen, und
    • eine Energieeintragsvorrichtung, die geeignet ist, Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zuzuführen, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene abgetastet werden,
    • wobei die additive Herstellvorrichtung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung aufweist und/oder mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung signaltechnisch verbunden ist.
  • Insbesondere kann die Vorrichtung zur Ansteuerung einer in der additiven Herstellvorrichtung vorhandenen Energieeintragsvorrichtung auch in eine in der additiven Herstellvorrichtung vorhandene Steuervorrichtung, welche einen additiven Herstellvorgang steuert, integriert sein. Insbesondere kann die Vorrichtung zur Ansteuerung einer in der additiven Herstellvorrichtung vorhandenen Energieeintragsvorrichtung auch ein Computerprogramm sein, mit welchem eine in der Steuervorrichtung vorhandene CPU gesteuert wird. Mit einer signaltechnischen Verbindung ist dabei eine Verbindung mittels physischer Leitungen, die Steuersignale übertragen können, oder eine Funkverbindung gemeint.
  • Ein erfindungsgemäßes Objekt, ist mittels eines erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahrens herstellbar.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren.
    • 1 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß der Erfindung.
    • 2 zeigt schematisch ein Beispiel für das erfindungsgemäße Vorgehen bei einer Verfestigung von streifenförmigen Teilbereichen eines Objektquerschnitts („Hatchen“).
    • 3 veranschaulicht die Lage eines Strahlbündel-Ablenkzentrums und eines Projektionszentrums desselben bezüglich Verfestigungsstellen in der Bauebene.
    • 4 zeigt ein Beispiel einer Vorgehensweise gemäß einer ersten Ausführungsform.
    • 5 zeigt schematisch das Resultat von Untersuchungen zum Einfluss der Bewegungsrichtung des Strahlbündels beim Abtasten des Aufbaumaterials auf die Bauteilqualität.
    • 6 zeigt ein Beispiel einer Vorgehensweise gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    • 7a und 7b zeigen schematisch das Resultat von Untersuchungen hinsichtlich der Abfolge, mit der die Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs abgetastet werden.
    • 8 zeigt ein Beispiel einer Vorgehensweise gemäß einer dritten Ausführungsform.
    • 9a und 9b zeigen jeweils schematisch das Auftreffen eines Laserstrahls auf die oberste Schicht des Aufbaumaterials für unterschiedliche Neigungen des Strahlbündels beim Abtastvorgang.
    • 10 veranschaulicht ein Vorgehen, bei dem die Größe eines Strahlbündelablenkwinkels berücksichtigt wird.
    • 11 zeigt ein Beispiel einer Variante des Vorgehens gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    • 12a und 12b zeigen jeweils schematisch die Vorgänge beim Aufschmelzen des Aufbaumaterials für unterschiedliche Trajektorienabfolgerichtungen.
    • 13 zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung.
  • Für eine Beschreibung der Erfindung soll zunächst nachfolgend am Beispiel einer Lasersinter- oder -schmelzvorrichtung eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden.
  • Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 eine Prozesskammer oder Baukammer 3 mit einer Kammerwandung 4. In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Baubehälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 5 ist eine Arbeitsebene 7 (auch Bauebene genannt) definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 7, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld 8 bezeichnet wird.
  • In dem Baubehälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 10 angeordnet, an dem eine Grundplatte 11 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 11 kann eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein, die an dem Träger 10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 10 ausgebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 11 noch eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 11 selber aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 12 zu bildende Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt getriebenem Aufbaumaterial 13.
  • Die Lasersinter- oder -schmelzvorrichtung 1 enthält weiterhin einen Vorratsbehälter 14 für ein Aufbaumaterial 15, in diesem Beispiel ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares Pulver, und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 16 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 15 innerhalb des Baufelds 8. Optional kann in der Prozesskammer 3 eine Heizvorrichtung, z.B. eine Strahlungsheizung 17 angeordnet sein, die zum Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials dient. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein.
  • Die beispielhafte additive Herstellvorrichtung 1 enthält ferner eine Energieeintragsvorrichtung 20 mit einem Laser 21, der einen Laserstrahl 22 erzeugt, welcher über ein Strahlbündel-Ablenkzentrum 23, beispielsweise einer oder mehrere Galvanometerspiegel samt zugehörigem Antrieb, umgelenkt wird und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 7 fokussiert wird. Insbesondere ist es möglich, auch eine Mehrzahl von Lasern und/oder Strahlbündel-Ablenkzentren vorzusehen. Dadurch kann ein Herstellvorgang in kürzerer Zeit ablaufen, da dann das Aufbaumaterial an unterschiedlichen Stellen zeitgleich mit einer Mehrzahl von Strahlbündeln abgetastet und verfestigt werden kann.
  • Der in 1 gezeigte spezifische Aufbau einer Lasersinter- oder -schmelzvorrichtung ist daher für die vorliegende Erfindung nur beispielhaft und kann natürlich auch abgewandelt werden, insbesondere bei Verwendung einer anderen Energieeintragsvorrichtung als der gezeigten. Um kenntlich zu machen, dass die Fläche des Strahlungsauftreffbereichs auf dem Aufbaumaterial nicht notwendigerweise sehr klein („punktförmig“) sein muss, wird in dieser Anmeldung auch oftmals der Begriff „Strahlbündel“ synonym zu „Strahl“ verwendet.
  • Die Lasersintervorrichtung 1 enthält weiterhin eine Steuereinrichtung 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch teilweise oder ganz außerhalb der additiven Herstellvorrichtung angebracht sein. Die Steuereinrichtung kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der additiven Herstellvorrichtung in einer Speichervorrichtung gespeichert sein, von wo aus es (z.B. über ein Netzwerk) in die additive Herstellvorrichtung, insbesondere in die Steuereinrichtung, geladen werden kann.
  • Im Betrieb wird durch die Steuereinrichtung 29 der Träger 10 Schicht für Schicht abgesenkt, der Beschichter 16 zum Auftrag einer neuen Pulverschicht angesteuert und die Energieeintragsvorrichtung 20, also insbesondere das Strahlbündel-Ablenkzentrum 23 und gegebenenfalls auch der Laser 21 und/oder die Fokussiervorrichtung 24, angesteuert zum Verfestigen der jeweiligen Schicht an den dem jeweiligen Objekt entsprechenden Stellen mittels Abtastens dieser Stellen mit dem Laser. Hierbei wird in der vorliegenden Anmeldung auf eine für die Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung 20 verantwortliche Einheit 39 innerhalb der Steuereinrichtung 29 als Vorrichtung 39 zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung Bezug genommen. Dennoch sei betont, dass eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung in gleicher Weise auch außerhalb der Steuereinrichtung 29 vorhanden sein kann (auch als Computerprogramm), sofern sichergestellt ist, dass die Vorrichtung 39 zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung für die additive Herstellung von Objekten hinreichend mit der Steuereinrichtung 29 zusammenwirken kann, also insbesondere Signale austauschen kann.
  • Auch wenn die Erfindung sich hauptsächlich auf Lasersinter- oder Laserschmelzverfahren oder -vorrichtungen bezieht, so ist ebenfalls eine Anwendung beim Elektronenstrahlschmelzen möglich.
  • Bei der Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung wird eine Verfestigung von Stellen einer Aufbaumaterialschicht in einer zeitlichen Reihenfolge festgelegt, die der Bewegung eines Strahlbündels entlang einer Trajektorie über das Aufbaumaterial entspricht. 13 zeigt diesbezüglich einen schematischen Aufbau der bereits erwähnten Vorrichtung 39 zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung, in der eine Abtast-Steuereinheit 39b die zeitliche Reihenfolge festlegt, wobei 2 ein Beispiel für das Vorgehen gibt. In der 2 ist ein zu verfestigender Objektquerschnitt 50, welcher in diesem Beispiel eine Rechteckgestalt aufweist, in einen Innenbereich bzw. Kernbereich 52 und einen Konturbereich 51 unterteilt, wobei in der Regel dem Konturbereich 51 andere Parameter für den Energieeintrag in das Aufbaumaterial zugewiesen werden als dem Innenbereich 52. Beispielsweise wird der Konturbereich 51 mit einem Laserstrahl (als Beispiel für ein Strahlbündel) dergestalt abgetastet, dass die Trajektorie entlang der Kontur verläuft. Der Innenbereich 52 wird in diesem Beispiel dergestalt verfestigt, dass er in Teilbereiche 53 unterteilt wird, die üblicherweise eine annähernd rechteckige oder quadratische Gestalt haben und daher auch als „Streifen“ bzw. „Quadrate“ bezeichnet werden, und nachfolgend eine Abtastung des Aufbaumaterials Teilbereich für Teilbereich spezifiziert wird. Dabei wird in dem Beispiel von 2 in jedem Teilbereich 53 der Laserstrahl entlang paralleler Trajektorien (Hatchlinien) 54 über das Aufbaumaterial bewegt, woraus ein schraffurartiges Bewegungsmuster beim Abtasten jedes Teilbereichs 53 mit dem Laserstrahl resultiert. Dieser Vorgang wird im Fachjargon auch als „Hatchen“ bezeichnet. In 2 ist dabei die Bewegungsrichtung des Laserstrahls entlang einer Trajektorie jeweils durch einen Pfeil veranschaulicht.
  • Erfindungsgemäß wird bei der Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung die horizontale Position eines Strahlbündel-Ablenkzentrums berücksichtigt. In der Vorrichtung 39 zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung ist hierfür eine Zuordnungseinrichtung 39a vorgesehen. Das Vorgehen wird im Folgenden anhand von 3 erläutert, die schematisch ein Strahlbündel-Ablenkzentrum 23 oberhalb des Baufelds 8 zeigt. Durch eine senkrechte Projektion des Strahlbündel-Ablenkzentrums 23 auf das Baufeld 8 (bzw. die Bauebene 7) wird dem Strahlbündel-Ablenkzentrum 23 ein Projektionszentrum 23' in der Bauebene 7 zugeordnet. Wie in der Figur gezeigt, ist dabei eine Projektionslinie 23k ein auf der Bauebene 7 gefälltes Lot, das das Projektionszentrum 23' mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum 23 verbindet.
  • Durch die Festlegung des Projektionszentrums 23' kann in Abhängigkeit von der Lage einer zu verfestigenden Stelle 64a, 64b, 64c innerhalb des Baufelds relativ zum Projektionszentrum 23' das Vorgehen bei der Abtastung festgelegt werden, wie nachfolgend anhand mehrerer Beispiele erläutert wird.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wählt die Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung die Richtung des Bewegungsvektors des Strahlbündels zum Abtasten einer zu verfestigenden Stelle bzw. Verfestigungsstelle im Baufeld 8 in Abhängigkeit von der Lage der Verfestigungsstelle relativ zum Projektionszentrum 23'. Das Vorgehen wird nachfolgend anhand von 4 erläutert.
  • 4 zeigt eine Draufsicht auf das Baufeld 8, in der die Lage des Projektionszentrums 23' eines Strahlbündel-Ablenkzentrums 23 sowie die Lagen von vier beispielhaften Verfestigungsstellen 74a, 74b, 74c und 74d erkennbar sind. Weiterhin sind in der Figur die jeweiligen Bewegungsvektoren 75a, 75b, 75c und 75d bei der Bewegung des von dem Strahlbündel-Ablenkzentrums 23 ausgehenden Strahlbündels über die Verfestigungsstellen 74a, 74b, 74c und 74d gezeigt.
  • Wie man erkennt, wird durch die Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung die Richtung des Bewegungsvektors an den Stellen 74a, 74b und 74d so festgelegt, dass der Bewegungsvektor eine zum Projektionszentrum 23' zeigende Komponente s aufweist. Zur besseren Veranschaulichung der Richtung ist in der 4 für jede Verfestigungsstelle 74a, 74b, 74c und 74d jeweils eine gerade Verbindungslinie 73a, 73b, 73c bzw. 73d mit dem Projektionszentrum 23' gestrichelt eingezeichnet.
  • Man erkennt weiterhin in 4, dass an der Verfestigungsstelle 74c der Bewegungsvektor so festgelegt wird, dass er lediglich eine Komponente q senkrecht zur Verbindungslinie 73c aufweist. In diesem Fall schließt der Bewegungsvektor 75c entlang einer Trajektorie einen Winkel γ von 90° mit der Verbindungslinie 73c ein.
  • Der Hintergrund für das beschriebene Vorgehen ist der, dass die Erfinder eine Verschlechterung der Objekteigenschaften für den Fall feststellen konnten, in dem der Bewegungsvektor eine große vom Projektionszentrum weg weisende Komponente aufweist. Hierzu zeigt 5 schematisch das Resultat der durchgeführten Untersuchungen, in denen in einer herkömmlichen Lasersintervorrichtung eine Schicht eines Metallpulvers aufgetragen wurde und anschließend mit einem Laserstrahlbündel abgetastet wurde. Für die Untersuchung wurde das Baufeld 8 in sechzehn quadratische Abschnitte A bis P unterteilt, wie im oberen Teil der 5 gezeigt, in dem auch die Position des Projektionszentrums 23' des für die Abtastung verwendeten Strahlbündel-Ablenkzentrums 23 markiert ist. Hierbei erfolgte die Abtastung gemäß dem mit Bezug auf 2 beschriebenen Vorgehen. Es wurden also verschiedene Teilbereiche 53 innerhalb eines Abschnitts so abgetastet, dass in jedem Teilbereich 53 der Laserstrahl entlang paralleler Trajektorien (Hatchlinien) 54 über das Aufbaumaterial bewegt wurde.
  • Der untere Teil der Figur zeigt eine Draufsicht auf den Abschnitt A nach der beschriebenen Abtastung. Man erkennt innerhalb des Abschnitts A sechzehn Teilbereiche 53, die im Gegensatz zu 2 nicht unmittelbar aneinander grenzen. In jedem Teilbereich ist durch einen Pfeil die Richtung angedeutet, in der die Trajektorien durchlaufen werden. Man beachte, dass in jedem Teilbereich 53, die zueinander parallelen Trajektorien 54 alle in derselben Richtung durchlaufen werden, also die Bewegungsvektoren bei der Abtastung in einem Teilbereich jeweils in die gleiche Richtung zeigen. Weiterhin kennzeichnet die dargestellte Position des Pfeils innerhalb eines jeden Teilbereichs 53 die Lage der als erstes abgetasteten Trajektorie 54 innerhalb dieses Teilbereichs. Schließlich sei noch angemerkt, dass in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nur zwei der sechzehn Teilbereiche mit den Bezugszeichen 53 und 54 versehen sind.
  • Man erkennt im unteren Teil der 5 abgetastete Teilbereiche 53 mit drei unterschiedlichen Schraffurdichten sowie Teilbereiche 53 ohne Schraffur. Die unterschiedliche Dichte der Schraffurlinien soll dabei auf die unterschiedliche Beschaffenheit des verfestigten Aufbaumaterials hindeuten. Dabei deuten dicht liegende Schraffurlinien auf größere lokale Schwankungen des verfestigten Materialvolumens in einem Teilbereich 53 hin als weniger dicht liegende oder gar fehlende Schaffurlinien in einem Teilbereich 53. Fehlende Schraffurlinien kennzeichnen also die größtmögliche erzielte Homogenität bzw. den größten erzielten Volumenprozentsatz an verfestigtem Material in einem Teilbereich 53. Insbesondere erkennt man, dass eine unterschiedliche Richtung des Bewegungsvektors in Bezug auf das Projektionszentrum 23' zu einer unterschiedlichen Schraffurdichte führt. Dabei spielt auch die Größe der zum Projektionszentrum hin bzw. vom Projektionszentrum weg zeigenden Komponente des Bewegungsvektors eine Rolle. Je stärker der Bewegungsvektor zum Projektionszentrum hin bzw. vom Projektionszentrum weg ausgerichtet ist, desto deutlicher ist der zu beobachtende Effekt.
  • Es sei noch bemerkt, dass die obige Untersuchung für unterschiedliche Richtungen eines Gasstroms über das Baufeld durchgeführt wurde und stets ein Ergebnis erhalten wurde, das jenem von 5 entspricht.
  • Die obige Untersuchung verdeutlicht, dass beim Abtasten des Aufbaumaterials mit einem Strahlbündel, eine zu große Richtungskomponente des Bewegungsvektors, die Vom Projektionszentrum weg zeigt, vermieden werden sollte. Bevorzugt sollte überhaupt auf Richtungskomponenten des Bewegungsvektors, die vom Projektionszentrum weg zeigen, verzichtet werden. Allerdings kann sich in der Praxis herausstellen, dass aufgrund anderer Randbedingungen, z.B. einer vorgegebenen nicht zu überschreitenden Fertigungszeit für die Herstellung des Objekts, von der bevorzugten Vorgehensweise abgewichen werden muss. Es bietet sich daher in der Praxis an, die beschriebene Vorgehensweise zumindest dann zu wählen, wenn die abzutastende Trajektorie gegenüber der Verbindunglinie zum Projektionszentrum einen Maximalwinkel y1 unterschreitet.
  • Die Erfinder erklären sich das beobachtete Verhalten durch die Besonderheiten des zum Aufschmelzen des Metallpulvers verwendeten Tiefschweißprozesses. Bei einem Tiefschweißprozess werden dabei im Material so hohe Temperaturen erzeugt, dass es zu einer Verdampfung kommt und insbesondere die Strahlung in eine Dampfkapillare an der Materialoberfläche eindringt. Durch Mehrfachreflexion an den Rändern der Dampfkapillare kann dann insbesondere mehr Energie in das Material eingetragen werden. Die temporär gebildete Dampfkapillare wird in der Regel als „Keyhole“ bezeichnet. Wie nachfolgend anhand von 9 erläutert wird, kann das beobachtete Verhalten damit erklärt werden, dass sich bei einem schrägen Auftreffen des Laserstrahls auf das Aufbaumaterial das Keyhole in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung unterschiedlich ausbildet.
  • 9a und 9b zeigen gemäß dem Erklärungsmodell jeweils schematisch das Auftreffen eines Laserstrahls auf das verwendete Metallpulver. Dabei wird das Strahlbündel jeweils in horizontaler Richtung (in 9a und 9b von links nach rechts) bewegt, was jeweils durch einen nach rechts zeigenden Pfeil veranschaulicht ist. Weiterhin veranschaulicht in 9a und 9b das Bezugszeichen 22 das Strahlbündel, welches jeweils von einem nicht dargestellten Strahlbündel-Ablenkzentrum auf das Aufbaumaterial gerichtet wird. Während sich in 9a das Strahlbündel beim Abtasten des Aufbaumaterials vom ebenfalls nicht dargestellten Projektionszentrum des Strahlbündel-Ablenkzentrums weg bewegt, bewegt sich in 9b das Strahlbündel beim Abtasten des Aufbaumaterials auf das Projektionszentrum zu.
  • Sowohl in 9a als auch in 9b ist das sich durch die zugeführte Strahlungsenergie ausbildende Keyhole schematisch dargestellt. Dieses Keyhole hat näherungsweise seine größte Ausdehnung in der Auftreffrichtung des Strahlbündels und weist folglich bei einem schräg auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahlbündel eine Neigung gegenüber der Vertikalen auf. Wie man in 9a deutlich erkennt, wird dabei das noch nicht verfestigte Pulvermaterial untergraben und verlagert, während in 9b dies nicht so stattfindet. Infolgedessen zeigt die verfestigte Schicht in 9a schlechtere Eigenschaften, insbesondere eine teilweise verminderte bzw. stark schwankende Schichtdicke, welche in der schematischen Darstellung der 9a nicht gezeigt ist.
  • Während in 9 exemplarisch die Situation gezeigt ist, in der der Bewegungsvektor des Strahlbündels ausschließlich eine Richtungskomponente zum Projektionszentrum hin oder vom Projektionszentrum weg aufweist, wird in der Praxis in der Regel auch eine Richtungskomponente senkrecht zur Verbindungslinie einer Verfestigungsstelle mit dem Projektionszentrum vorhanden sein. Entsprechend lassen sich bei hinreichend großer Richtungskomponente senkrecht zur Verbindungslinie auch dann zufriedenstellende Resultate erzielen, wenn eine nicht zu große vom Projektionszentrum weg zeigende Richtungskomponente vorhanden ist, mit anderen Worten ein Maximalwinkel zwischen dem Bewegungsvektor und der Verbindungslinie zum Projektionszentrum unterschritten wird.
  • Wie sich anhand der gegebenen Erklärung ergibt, wird man beim Vorgehen gemäß der Erfindung die deutlichsten Verbesserungen bei der Homogenität erzielen, wenn ein Strahlbündel schräg auf die Bauebene auftrifft. Dies wird anhand von 10 veranschaulicht.
  • Die Ansicht von 10 ist sehr ähnlich der Ansicht von 3. Dargestellt ist insbesondere die Lage eines Strahlbündel-Ablenkzentrums 23 oberhalb seines zugehörigen Projektionszentrums 23' in der Bauebene zusammen mit einer schematischen Veranschaulichung der Richtungen 163a, 163b und 163c eines Strahlbündels, wenn dieses auf die Verfestigungsstellen 164a, 164b bzw. 164c gerichtet wird. Die Figur zeigt weiterhin einen jeweiligen Strahlbündelablenkwinkel α6, α1 und α4 zwischen der jeweiligen Richtung 163a, 163b bzw. 163c und der Projektionslinie 23k des Strahlbündel-Ablenkzentrums 23. Die Verfestigungsstelle 164c ist dabei nur aus Gründen der Veranschaulichung eines Ablenkminimalwinkels α1 gezeigt.
  • Wenn bei dem Beispiel der 10 festgelegt wird, wie die Energieeintragsvorrichtung in einer additiven Herstellvorrichtung für die Abtastung der Verfestigungsstellen 164a und 164b angesteuert werden soll, dann wird zunächst der jeweilige Strahlbündelablenkwinkel α6 bzw. α4 mit dem Ablenkminimalwinkel α1 verglichen. Da der Strahlbündelablenkwinkel α4 für die Verfestigungsstelle 164b größer als der Ablenkminimalwinkel α1 ist, wird an der Verfestigungsstelle 164b die Richtung des Bewegungsvektors so festgelegt, dass ein vorgegebener Maximalwinkel zwischen dem Bewegungsvektor und der Verbindungslinie zum Projektionszentrum unterschritten wird. Der Strahlbündelablenkwinkel α6 für die Verfestigungsstelle 164a ist kleiner als der Ablenkminimalwinkel α1. Daher kann an der Verfestigungsstelle 164a eine Richtung des Bewegungsvektors zugelassen werden, bei der der vorgegebene Maximalwinkel zwischen dem Bewegungsvektor und der Verbindungslinie zum Projektionszentrum überschritten wird.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Das zweite Ausführungsbeispiel bezieht sich auf das weiter oben mit Bezug auf 2 erläuterte übliche Vorgehen des Abtastens der Stellen eines Querschnitts Teilbereich für Teilbereich. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Reihenfolge, in der die Trajektorien (Hatchlinien) innerhalb jedes Teilbereichs abgetastet werden, durch die Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung in Abhängigkeit von der Lage der Trajektorien relativ zum Projektionszentrum festgelegt. Das Vorgehen wird nachfolgend anhand von 6 erläutert.
  • 6 ist sehr ähnlich der 2. Im Unterschied zur 2 ist die Lage des Projektionszentrums 23' relativ zu den Teilbereichen 53 dargestellt. Weiterhin ist in jedem Teilbereich 53 die zeitliche Abfolge, in der die Trajektorien 54 in diesem Teilbereich nacheinander abgetastet werden, jeweils durch einen Pfeil gekennzeichnet, der die Trajektorienabfolgerichtung 86 anzeigt. Man erkennt, dass in 6 in jedem Teilbereich 53 die ganz rechts angeordnete Trajektorie als erstes durchlaufen wird und dann nacheinander alle weiteren Trajektorien 54 bis zur ganz links im Teilbereich angeordneten Trajektorie durchlaufen werden. Die Reihenfolge, in der die Trajektorien nacheinander abgetastet werden, wird bei dem Beispiel in 6 durch die Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung also so festgelegt, dass Trajektorien mit geringem Abstand zum Projektionszentrum vor Trajektorien mit größerem Abstand zum Projektionszentrum abgetastet werden.
  • Eine beispielhafte Möglichkeit, den Abstand der Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs 53 zum Projektionszentrum 23' festzulegen, besteht darin, dass für jede der Trajektorien 54 in dem Teilbereich 53 vom jeweiligen Anfangspunkt der Trajektorie ein Referenzpunkt-Verbindungsvektor 83 zum Projektionszentrum 23' konstruiert wird und die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente 83s des Verbindungsvektors bestimmt wird. Für eine im Wesentlichen parallele Ausrichtung der Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs kann dann unter Zugrundelegung der Längen der Komponenten 83s eine auf den Trajektorien senkrecht stehende Trajektorienabfolgerichtung 86 festgelegt werden. Als Folge werden näher am Projektionszentrum 23' gelegene Trajektorien vor solchen abgetastet, die weiter entfernt vom Projektionszentrum 23' sind. Natürlich kann für die Konstruktion des Verbindungsvektors anstelle des Anfangspunkts auch ein anderer Referenzpunkt auf den Trajektorien gewählt werden. Für den Fall, dass nicht alle Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs exakt parallel zueinander sind und/oder exakt gleich lang sind, ist es jedoch von Vorteil sich auf den Anfangspunkt oder Endpunkt als Referenzpunkt zu beziehen.
  • Die Erfinder konnten feststellen, dass mit der beschriebenen Vorgehensweise eine homogenere Verfestigung des Aufbaumaterials erzielt werden konnte (erkennbar z.B. an einer geringeren Oberflächenrauigkeit der abgetasteten Bereiche) als bei einer Abtastung der Trajektorien unter Nichtbeachtung der gewählten Strategie. Auch hier ließ sich eine Verbesserung unabhängig von der jeweils vorliegenden Richtung eines Gasstroms erzielen. 7 zeigt schematisch ein beispielhaftes Ergebnis der von den Erfindern durchgeführten Untersuchungen hinsichtlich der Abfolge, mit der die Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs abgetastet werden.
  • Wie bei der Untersuchung von 5 wurde in einer herkömmlichen Lasersintervorrichtung eine Schicht eines Metallpulvers aufgetragen und anschließend mit einem Laserstrahlbündel abgetastet. 7a und 7b zeigen jeweils eine Draufsicht auf einen quadratischen Abschnitt des Baufeldes 8 nach dessen Abtastung sowie die Position des Projektionszentrums 23'. Wie im unteren Teil der 5 sind sechzehn Teilbereiche 53 erkennbar, die im Gegensatz zu 2 nicht unmittelbar aneinander grenzen. In jedem Teilbereich ist durch einen Pfeil 88 die Richtung angedeutet, in der die Trajektorien von dem Laserstrahl bei der Abtastung durchlaufen werden, wobei in allen Teilbereich 53 die zueinander parallelen Trajektorien in derselben Richtung durchlaufen werden, also die Bewegungsvektoren bei der Abtastung in die gleiche Richtung zeigen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 7a und 7b jeweils nur einer der sechzehn Teilbereiche mit einem Bezugszeichen versehen.
  • 7a und 7b unterscheiden sich in der Position des die Abtastrichtung anzeigenden Pfeils in den einzelnen Teilbereichen, In 7a ist dieser Pfeil 88 jeweils am linken oberen Rand der Teilbereiche 53 angeordnet, während in 7b der Pfeil jeweils am rechten unteren Rand der Teilbereiche angeordnet ist. Der Grund für die unterschiedliche Anordnung ist der, dass sowohl in 7a als auch in 7b die Position des Pfeils 88 gleichzeitig auch die innerhalb eines Teilbereichs als Erstes abgetastete Trajektorie kennzeichnen soll. In 7a werden also in jedem Teilbereich 53 die Trajektorien von links oben nach rechts unten abgetastet, während in 7b in jedem Teilbereich 53 die Trajektorien von rechts unten nach links oben abgetastet werden.
  • Ähnlich wie im unteren Teil der 5 erkennt man in 7 abgetastete Teilbereiche 53 mit drei unterschiedlichen Schraffurdichten sowie Teilbereiche 53 ohne Schraffur. Die unterschiedliche Dichte der Schraffurlinien soll dabei auf die unterschiedliche Qualität, die in den unterschiedlichen Teilbereichen erzielt wurde, hindeuten. Dichter liegende Schraffurlinien in einem Teilbereich 53 sollen im Vergleich zu einem Teilbereich 53 mit weniger dicht liegenden oder gar fehlenden Schaffurlinien auf eine größere Rauheit der Oberfläche hindeuten. Fehlende Schraffurlinien kennzeichnen also Oberflächen mit einer sehr geringen Rauheit. Insbesondere erkennt man durch einen Vergleich von 7a und 7b, dass sich eine hhöhere Qualität (erkennbar an der geringeren Oberflächenrauigkeit) erzielen lässt, wenn die Richtung, in der die Trajektorien innerhalb eines Teilbereichs nacheinander abgetastet werden (Trajektorienabfolgerichtung), eine Komponente aufweist, die vom Projektionszentrum 23' weg zeigt. Dieses Ergebnis konnte unabhängig von der Richtung eines Gasstroms über das Baufeld während des Abtastens beobachtet werden.
  • Weiterhin erkennt man auch, dass eine Verbesserung auch für jene Teilbereiche 53 erzielt wird, in denen der Bewegungsvektor des Strahlbündels beim Abtasten der Trajektorien eine Richtungskomponente vom Projektionszentrum weg aufweist. Damit wird deutlich, das ein Vorgehen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel für sich genommen, also unabhängig von der Wahl der Richtung des Bewegungsvektors beim Abtasten der einzelnen Trajektorien, zu einer verbesserten Qualität der verfestigten Bereiche führt. Entsprechend kann auch bei dem in 6 veranschaulichten Vorgehen eine Verbesserung der Homogenität erzielt werden, obwohl dort in den Teilbereichen 53 die Abtastrichtung (Hatchrichtung) alterniert, also jede zweite Trajektorie eine Richtungskomponente aufweist, die vom Projektionszentrum 23' weg zeigt. Wenn eine besonders hohe Homogenität der hergestellten Bauteile gewünscht ist, dann sollten die Vorgehensweisen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel miteinander kombiniert werden, was ohne Weiteres möglich ist.
  • Eine mögliche Erklärung des beobachteten Verhaltens wird mit Bezug auf 12 gegeben. In 12 ist ähnlich wie in 9 die Lage eines sich beim Auftreffen eines Strahlbündels auf das pulverförmige Aufbaumaterial sich ausbildenden Keyholes dargestellt. Im Unterschied zur 9 bewegt sich allerdings das Strahlbündel senkrecht zur Verbindungslinie von der jeweiligen Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum. In der linken Hälfte der 12a und 12b wird also jeweils ein Schnitt durch das Keyhole und zwei angrenzende Verfestigungsbahnen 54' senkrecht zur Bewegungsrichtung des Strahlbündels gezeigt, die Bewegungsrichtung des Strahlbündels ist also senkrecht zur Ebene des Zeichenblatts. Der Unterschied zwischen 12a und 12b besteht darin, dass in 12a das Keyhole zum unverfestigen Pulvermaterial hin geneigt ist, wohingegen in 12b das Keyhole zu den beiden Verfestigungsbahnen 54' mit bereits verfestigtem Aufbaumaterial hin geneigt ist. In der rechten Hälfte der 12a und 12b ist jeweils eine Draufsicht auf eine aktuell zu verfestigende Schicht gezeigt. Aus dieser Draufsicht geht hervor, dass in 12a die Trajektorienabfolgerichtung zum (nicht gezeigten) Projektionszentrum 23' hin zeigt, während in 12b die Trajektorienabfolgerichtung vom Projektionszentrum 23' weg zeigt.
  • In 12 ist (wie auch in 9) die Verlagerung von Material aus dem Keyhole mittels zweier Pfeile zu beiden Seiten des jeweiligen Keyholes veranschaulicht. Man erkennt, dass in 12a Material aus dem Keyhole auf dem noch nicht verfestigten pulverförmigen Aufbaumaterial abgelagert wird, wohingegen in 12b Material aus dem Keyhole auf den Verfestigungsbahnen 54' abgelagert wird. Entsprechend wird in der Situation von 12a der Aufschmelzvorgang beim Abtasten der nachfolgenden benachbarten Trajektorie beeinträchtigt, was zu einer verschlechterten Qualität, z.B. einer raueren Oberfläche der zugehörigen Verfestigungsbahn, führt.
  • Ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel kann sich in der Praxis herausstellen, dass aufgrund anderer Randbedingungen, z.B. einer vorgegebenen nicht zu überschreitenden Fertigungszeit für die Herstellung des Objekts, von dem Vorgehen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel abgewichen werden muss. In solch einem Fall kann ein Vorgehen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel lediglich in solchen Teilbereichen vorgegangen werden, in denen ein Bewegungsvektor beim Abtasten einer Trajektorie innerhalb des Teilbereichs gegenüber der Verbindungslinie zum Projektionszentrum einen Winkel aufweist, der einen Minimalwinkel y2 überschreitet. Dies wird anhand von 11 veranschaulicht.
  • 11 zeigt schematisch eine Draufsicht auf das Baufeld 8, in der die Position eines Projektionszentrums 23' relativ zu Trajektorien 154, 155 und 157 in unterschiedlichen Teilbereichen gezeigt ist. Der Verbindungsvektor 181 zum Projektionszentrum 23' schließt mit einem Bewegungsvektor entlang der exemplarischen Trajektorie 154 einen Winkel γ2 ein, der im Beispiel der 11 als Minimalwinkel festgelegt wird.
  • Mit einer solchen Festlegung eines Minimalwinkels y2 wird für die Trajektorien 155 die Trajektorienabfolgerichtung 186 so festgelegt, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum 23' liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum 23' liegen, abgetastet werden. Der Grund ist, dass beim Abtasten der parallel verlaufenden Trajektorien 155 ein Winkel γ5 zwischen der Richtung des Bewegungsvektors und dem jeweiligen Verbindungsvektor 183 zum Projektionszentrum 23' größer als der Minimalwinkel γ2 ist. Die Bewegungsvektoren entlang der parallel zueinander verlaufenden Trajektorien 157 schließen einen Winkel γ7 mit dem jeweiligen Verbindungsvektor 188 ein, der kleiner als der Minimalwinkel γ2 ist. Entsprechend kann für die Trajektorien 157 eine Trajektorienabfolgerichtung 187 zugelassen werden, bei der Trajektorien, die näher am Projektionszentrum 23' liegen, nach Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum 23' liegen, abgetastet werden.
  • Auch beim zweiten Ausführungsbeispiel wird man beim Vorgehen gemäß der Erfindung die deutlichsten Verbesserungen bei der Homogenität bei einem schrägen Auftreffen des Strahlbündels auf die Bauebene erzielen. Anders gesagt kann für ein hinreichend senkrechtes Auftreffen des Strahlbündels unter Umständen auf ein im zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenes Vorgehen verzichtet werden, wenn die Genauigkeitsanforderungen nicht so hoch sind. Das anhand von 10 veranschaulichte Vorgehen in Abhängigkeit vom Strahlbündelablenkwinkel kann daher in gleicher Weise in Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel angewandt werden.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Das dritte Ausführungsbeispiel bezieht sich wie das zweite Ausführungsbeispiel auf das weiter oben mit Bezug auf 2 erläuterte übliche Vorgehen des Abtastens der Stellen eines Querschnitts Teilbereich für Teilbereich. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Reihenfolge, in der die Teilbereiche nacheinander abgetastet werden, durch die Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung in Abhängigkeit von der Lage der Teilbereiche relativ zum Projektionszentrum festgelegt. Das Vorgehen wird nachfolgend anhand von 8 erläutert.
  • 8 ist sehr ähnlich zur 6, wobei jedoch die Trajektorienabfolgerichtung 86 in den Teilbereichen nicht eigens durch einen Pfeil gekennzeichnet. In 8 werden die beiden mit den Bezugszeichen 53a und 53b versehenen Teilbereiche durch voneinander unterschieden. Dadurch soll zum Ausdruck gebracht werden, dass der Teilbereich 53a vor dem Teilbereich 53b abgetastet wird, da er einen geringeren Abstand zum Projektionszentrum 23' aufweist.
  • Eine beispielhafte Möglichkeit, den Abstand zwischen einem Teilbereich und dem Projektionszentrum zu berücksichtigen, besteht darin, für jeden Teilbereich den minimalen Abstand zum Projektionszentrum zu bestimmen und die Teilbereiche mit wachsender Größe der Minimalabstände abzutasten, also den Teilbereich mit dem kleinsten Minimalabstand als Erstes und den Teilbereich mit dem größten Minimalabstand als Letztes. In 8 ist der Minimalabstand zwischen dem Teilbereich 53a und dem Projektionszentrum 23' durch einen Verbindungsvektor bzw. eine gerade Verbindungslinie 93 gekennzeichnet.
  • Natürlich kann der Abstand zwischen einem Teilbereich und dem Projektionszentrum auch auf andere Weise festgelegt werden. Beispielsweise könnte man nicht, wie gerade beschrieben, die Länge der kürzesten Verbindungslinie zwischen einem Teilbereich und dem Projektionszentrum als Abstand festlegen, sondern die Komponente der kürzesten Verbindungslinie, die senkrecht auf den Trajektorien innerhalb des Teilbereichs steht. Ein entsprechender Abstand ist in 8 mit dem Bezugszeichen 93p versehen.
  • Auch für ein Vorgehen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel konnten die Erfinder feststellen, dass eine homogenere Verfestigung des Aufbaumaterials erzielt werden kann als im Vergleich zu einer Nichtbeachtung der eben beschriebenen bevorzugten zeitlichen Reihenfolge für die Abtastung der Teilbereiche nacheinander. Auch hier ließ sich eine Verbesserung unabhängig von der jeweils vorliegenden Richtung eines Gasstroms erzielen.
  • Wie beim zweiten Ausführungsbeispiel kann man, insbesondere bei Vorliegen weiterer Randbedingungen, z.B. einer vorgegebenen nicht zu überschreitenden Fertigungszeit für die Herstellung des Objekts, ein Vorgehen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel auf solche Teilbereiche beschränken, in denen die abzutastenden Trajektorien gegenüber der Verbindungslinie zum Projektionszentrum einen Winkel aufweisen, der einen Minimalwinkel y2 überschreitet. Die obigen Erläuterungen in Zusammenhang mit der 11 lassen sich analog auch auf das dritte Ausführungsbeispiel übertragen.
  • Auch beim dritten Ausführungsbeispiel wird man beim Vorgehen gemäß der Erfindung die deutlichsten Verbesserungen bei der Homogenität bei einem schrägen Auftreffen des Strahlbündels auf die Bauebene erzielen. Anders gesagt kann für ein hinreichend senkrechtes Auftreffen des Strahlbündels unter Umständen auf ein im dritten Ausführungsbeispiel beschriebenes Vorgehen verzichtet werden, wenn die Genauigkeitsanforderungen nicht so hoch sind. Das anhand von 10 veranschaulichte Vorgehen in Abhängigkeit vom Strahlbündelablenkwinkel kann in gleicher Weise in Zusammenhang mit dem dritten Ausführungsbeispiel angewandt werden.
  • Die im ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel beschriebenen Vorgehensweisen lassen sich einschließlich ihrer Abwandlungen beliebig miteinander kombinieren. Die größte Homogenität der Eigenschaften eines additiv hergestellten Objekts erzielt man dabei bei einem Vorgehen, welches bei der Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung gleichzeitig die Lehren aller drei Ausführungsbeispiele umsetzt. Schließlich sei noch bemerkt, dass der oben beschriebene Maximalwinkel y1 und der oben beschriebene Minimalwinkel y2 nicht symmetrisch bezüglich des Verbindungsvektors von einer Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum gewählt werden müssen. Vielmehr können für Bewegungsvektoren, die auf unterschiedlichen Seiten des Verbindungsvektors liegen, für den Maximalwinkel y1 und/oder den Minimalwinkel y2 unterschiedliche Werte vorgegeben werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2014/125280 A2 [0004]

Claims (29)

  1. Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend dieses Strahlbündel auf die Bauebene (7) gerichtet wird, wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) ein Projektionszentrum (23') zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) auf die Bauebene (7) entspricht, wobei zumindest in einem Abschnitt eines Objektquerschnitts, die Richtungen der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln (22) beim Abtasten der Trajektorien (54) so festgelegt werden, dass an jeder der Verfestigungsstellen in diesem Abschnitt der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum (23') des verwendeten Strahlbündels (22) hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel y1 ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der vorbestimmte Maximalwinkel y1 einen Wert aufweist, der kleiner oder gleich 135° ist, bevorzugt, kleiner oder gleich 90°.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für unterschiedliche Werte eines Strahlbündelablenkwinkels α unterschiedliche Maximalwinkel γ1 festgelegt werden, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand zwischen der Verfestigungsstelle und dem Projektionszentrum (23') und der Länge der Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) definiert ist, wobei die Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) ein auf der Bauebene (7) gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum (23') mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) verbindet.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem festgelegt wird, dass zumindest zwei benachbarte Trajektorien (54) in gleicher oder unterschiedlicher Richtung abgetastet werden, und unterschiedliche Strahlbündel (22) zur Abtastung benachbarter Trajektorien verwendet werden.
  5. Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene gerichtet wird, wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) ein Projektionszentrum (23') zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) auf die Bauebene (7) entspricht, wobei zumindest ein Abschnitt eines Objektquerschnitts, Teilbereich für Teilbereich verfestigt wird, wobei in zumindest einem der Teilbereiche (53), dessen Verfestigungsstellen mit einem diesem Teilbereich zugeordneten Strahlbündel (22) abgetastet werden, die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien (54) so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei in einem Teilbereich (53), in dem die Trajektorien (54) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels (22) liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden, die Richtungen der Bewegungsvektoren entlang der Trajektorien so festgelegt werden, dass an jeder der Verfestigungsstellen der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum (23') des für diesen Teilbereich verwendeten Strahlbündels (22) hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel γ1 ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem zur Bestimmung der Nähe einer Trajektorie zum Projektionszentrum (23') für jede der Trajektorien ein Referenzpunkt-Verbindungsvektor (83) von einem Referenzpunkt auf der jeweiligen Trajektorie, bevorzugt von einem Anfangspunkt der jeweiligen Trajektorie, zum Projektionszentrum (23') konstruiert wird und die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente (83s) des Referenzpunkt-Verbindungsvektors (83) bestimmt wird, wobei festgelegt wird, dass für jeweils zwei Trajektorien, bei denen sich die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente (83s) unterscheidet, jene Trajektorie näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels (22) liegt, bei der die Länge der auf der Trajektorie senkrecht stehenden Komponente (83s) kleiner ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei in einem Teilbereich (53), in dem die Trajektorien (54) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels (22) liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden, der Bewegungsvektor an zumindest einer Verfestigungsstelle einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum (23') des verwendeten Strahlbündels (22) hin aufweist, der größer als ein vorbestimmter Minimalwinkel γ2 ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem für unterschiedliche Werte eines Strahlbündelablenkwinkels α unterschiedliche Minimalwinkel y2 festgelegt werden, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand der Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum (23') und der Länge der Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) definiert ist, wobei die Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) ein auf der Bauebene (7) gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum (23') mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) verbindet.
  10. Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene (7) gerichtet wird, wobei jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) ein Projektionszentrum (23') zugeordnet wird, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) auf die Bauebene (7) entspricht, wobei zumindest ein Abschnitt eines Objektquerschnitts, Teilbereich für Teilbereich verfestigt wird, wobei die zeitliche Reihenfolge der Abtastung von Teilbereichen (53), deren Verfestigungsstellen mit einem diesen Teilbereichen zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, so festgelegt wird, dass Teilbereiche, die näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels (22) liegen, vor Teilbereichen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei in den Teilbereichen (53), für die die zeitliche Reihenfolge der Abtastung festgelegt wird, an jeder der Verfestigungsstellen der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des für diesen Teilbereich verwendeten Strahlbündels hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel y1 ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei in zumindest einem Teilbereich (53), dessen Verfestigungsstellen mit einem diesem Teilbereich zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien (54) so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels (22) liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem als Maß für den Abstand eines Teilbereichs (53) vom Projektionszentrum (23') das Minimum der Abstände der Verfestigungsstellen in dem Teilbereich vom Projektionszentrum verwendet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem der Abschnitt eine Mehrzahl von Teilbereichen (53) aufweist, die in einer Draufsicht auf die Bauebene (7) eine Rechteckgestalt aufweisen, wobei die Trajektorien (54) in dem Abschnitt im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen parallel zu den Querseiten der Teilbereiche verlaufen, wobei als Maß für den Abstand eines Teilbereichs (53) vom Projektionszentrum (23') die Länge eines Lots (93p) vom Projektionszentrum auf eine durch einen Teilbereich parallel zu einer Längsseite verlaufende Gerade verwendet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei bei der Verfestigung von in unterschiedlichen Schichten vorhandenen Querschnitten des Objekts die Längsseiten der Mehrzahl von Teilbereichen in den unterschiedlichen Schichten eine veränderte Orientierung in der Bauebene aufweisen.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei in jedem der Teilbereiche (53), für die die zeitliche Reihenfolge der Abtastung festgelegt wird, der Bewegungsvektor an einer Verfestigungsstelle einen Winkel gegenüber einer geraden Verbindungslinie von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des verwendeten Strahlbündels hin aufweist, der größer als ein vorbestimmter Minimalwinkel y2 ist.
  17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren für einen Abschnitt durchgeführt wird, der zumindest eine Verfestigungsstelle aufweist, bei deren Abtastung ein Strahlbündelablenkwinkel einen Ablenkminimalwinkel α1 überschreitet, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand der Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum (23') und der Länge der Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) definiert ist, wobei die Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) ein auf der Bauebene (7) gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum (23') mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) verbindet.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem für die Abtastung des Aufbaumaterials entlang einer Trajektorie jeweils ein Strahlbündel (22) verwendet wird, dessen Strahlbündelablenkwinkel α einen vorgegebenen Ablenkmaximalwinkel α2 nicht übersteigt, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand einer Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum (23') und der Länge der Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) definiert ist, wobei die Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) ein auf der Bauebene (7) gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum (23') mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) verbindet.
  19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem für einen größeren Wert eines Strahlbündelablenkwinkels α andere Energieeintragsparameterwerte spezifiziert werden als für einen kleineren Wert des Strahlbündelablenkwinkels a, wobei ein Strahlbündelablenkwinkel definiert ist als Arkustangens des Quotienten aus dem Abstand einer Verfestigungsstelle vom Projektionszentrum (23') und der Länge der Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23), wobei die Projektionslinie (23k) des Strahlbündel-Ablenkzentrums (23) ein auf der Bauebene (7) gefälltes Lot ist, das das Projektionszentrum (23') mit dem Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) verbindet.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Anzahl der Wechsel von einem Strahlbündel zu einem anderen Strahlbündel während der Abtastung der Trajektorien in dem Abschnitt auf einen Maximalwert M begrenzt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Maximalwert M abhängig von Vorgaben für eine Qualität des Abschnitts und/oder eine Fertigungszeit des Objekts festgelegt wird.
  22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren für einen Abschnitt durchgeführt wird, der zumindest teilweise Bestandteil eines Bodenflächenbereichs eines Objektquerschnitts ist, wobei ein Bodenflächenbereich dadurch definiert ist, dass in mindestens einer von p Schichten unterhalb des Bodenflächenbereichs keine Verfestigung von Aufbaumaterial (15) spezifiziert ist, wobei p eine vorgegebene natürliche Zahl ist, und/oder zumindest teilweise Bestandteil eines ein Deckflächenbereichs eines Objektquerschnitts ist, wobei ein Deckflächenbereich dadurch definiert ist, dass in mindestens einer von q Schichten oberhalb des Deckflächenbereichs keine Verfestigung von Aufbaumaterial spezifiziert ist, wobei q eine vorgegebene natürliche Zahl ist.
  23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren für einen Abschnitt durchgeführt wird, der zumindest teilweise Bestandteil eines Konturbereichs eines Objektquerschnitts ist.
  24. Additives Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels einer additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels einer Energieeintragsvorrichtung (20) durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei die Energieeintragsvorrichtung (20) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 23 gesteuert wird.
  25. Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend dieses Strahlbündel auf die Bauebene (7) gerichtet wird, mit einer Zuordnungseinrichtung, die jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zuordnet, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, und einer Abtast-Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie zumindest in einem Abschnitt eines Objektquerschnitts, die Trajektorien (54) und die Richtungen der Bewegungsvektoren der Anzahl von Strahlbündeln (22) beim Abtasten der Trajektorien so festlegt, dass an jeder der Verfestigungsstellen in diesem Abschnitt der Bewegungsvektor einen Winkel gegenüber einem Verbindungsvektor von dieser Verfestigungsstelle zum Projektionszentrum des verwendeten Strahlbündels hin aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Maximalwinkel y1 ist.
  26. Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (22) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene (7) gerichtet wird, mit einer Zuordnungseinrichtung, die jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zuordnet, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, und einer Abtast-Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie eine Verfestigung zumindest eines Abschnitts eines Objektquerschnitts Teilbereich für Teilbereich spezifiziert, wobei in jedem Teilbereich (53) die Trajektorien (54) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und in zumindest einem der Teilbereiche, dessen Verfestigungsstellen mit einem diesem Teilbereich zugeordneten Strahlbündel abgetastet werden, die Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien (54) so festgelegt wird, dass Trajektorien, die näher am Projektionszentrum (23') des Strahlbündels (22) liegen, vor Trajektorien, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden.
  27. Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung (20) einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels der Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung (20) bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei jedem der Anzahl von Strahlbündeln ein Strahlbündel-Ablenkzentrum (23) oberhalb der Bauebene (7) zugeordnet ist, von dem ausgehend das Strahlbündel auf die Bauebene (7) gerichtet wird, mit einer Zuordnungseinrichtung, die jedem Strahlbündel-Ablenkzentrum ein Projektionszentrum zuordnet, welches einer senkrechten Projektion der Position des Strahlbündel-Ablenkzentrums auf die Bauebene entspricht, und einer Abtast-Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie eine Verfestigung zumindest eines Abschnitts eines Objektquerschnitts Teilbereich für Teilbereich spezifiziert, wobei die zeitliche Reihenfolge der Abtastung von Teilbereichen (53), deren Verfestigungsstellen mit einem diesen Teilbereichen zugeordneten Strahlbündel (22) abgetastet werden, so festgelegt wird, dass Teilbereiche, die näher am Projektionszentrum (23') dieses Strahlbündels liegen, vor Teilbereichen, die weiter entfernt vom Projektionszentrum (23') liegen, abgetastet werden.
  28. Additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Bauebene (7) mittels einer Energieeintragsvorrichtung durch Zufuhr von Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene (7) abgetastet werden, wobei die additive Herstellvorrichtung aufweist: eine Schichtaufbringvorrichtung (16), die geeignet ist, eine Schicht eines Aufbaumaterials auf eine bereits vorhandene, bevorzugt bereits selektiv verfestigte, Aufbaumaterialschicht aufzubringen, und eine Energieeintragsvorrichtung (20), die geeignet ist, Strahlungsenergie zu Verfestigungsstellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zuzuführen, indem diese Verfestigungsstellen mit einer Anzahl von von der Energieeintragsvorrichtung bereitgestellten Strahlbündeln entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Bauebene abgetastet werden, wobei die additive Herstellvorrichtung eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27 aufweist und/oder mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27 signaltechnisch verbunden ist.
  29. Objekt, das mittels eines Verfahrens nach Anspruch 24 herstellbar ist.
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