DE102022111750A1 - Method and planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam, method and manufacturing device for additively manufacturing a component from a powder material, and computer program product for carrying out such a method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs (15) mit einem Energiestrahl (11), um mittels des Energiestrahls (11) ein Bauteil (3) schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich (15) angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials (5) herzustellen, wobei für mindestens eine einer Pulvermaterialschicht zugeordnete Querschnittsfläche (19) des Bauteils (3) in einem Ermittlungsschritt anhand von mindestens einem Filigranitätskriterium ermittelt wird, ob die Querschnittsfläche (19) mindestens einen Filigranbereich (21) aufweist, wobei, wenn für die Querschnittsfläche (19) wenigstens ein Filigranbereich (21) ermittelt wird, mindestens ein Bestrahlungsparameter für den wenigstens einen Filigranbereich (21) anders gewählt wird als für einen Massivbereich (23) des Bauteils (3), wobei insbesondere ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs (15) mit dem Energiestrahl (11) erhalten wird.The invention relates to a method for planning a locally selective irradiation of a work area (15) with an energy beam (11) in order to use the energy beam (11) to create a component (3) layer by layer from a plurality of layers in a sequence of layers in the work area (15). ) arranged powder material layers of a powder material (5), wherein for at least one cross-sectional area (19) of the component (3) assigned to a powder material layer, it is determined in a determination step based on at least one filigree criterion whether the cross-sectional area (19) has at least one filigree area (21). , wherein, if at least one filigree area (21) is determined for the cross-sectional area (19), at least one irradiation parameter for the at least one filigree area (21) is selected differently than for a solid area (23) of the component (3), in particular an irradiation plan for the locally selective irradiation of the work area (15) with the energy beam (11).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial, und ein Computerprogrammprodukt zum Durchführen eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method and a planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam, a method and a manufacturing device for additively manufacturing a component from a powder material, and a computer program product for carrying out such a method.
Beim lokal selektiven Bestrahlen eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial tritt das Problem auf, dass das Pulvermaterial an bestimmten Stellen des Arbeitsbereichs überhitzt werden kann, insbesondere wenn ein Wärmeableitungsvermögen aufgrund struktureller Eigenschaften des entstehenden Bauteils, insbesondere der Lage bestimmter Bauteilbereiche in dem Pulvermaterial, zu gering ist. Es besteht daher ein Bedürfnis danach, solche Bereiche, in denen eine Überhitzung droht, im Voraus zu identifizieren, um dann die Bestrahlung in diesen Bereichen so planen zu können, dass eine Überhitzung nach Möglichkeit vermieden wird. Problematisch dabei ist, dass sich zum einen die sichere Identifikation solcher Bereiche als schwierig oder zumindest sehr aufwendig darstellt, wobei zum anderen einfache Maßnahmen zur Vermeidung der Überhitzung, wie beispielsweise die Erhöhung einer Wartezeit nach einzelnen Bestrahlungsvektoren, weitere Probleme nach sich ziehen, insbesondere eine Erhöhung der Bauzeit und damit eine Verringerung der Produktivität eines derartigen Verfahrens.When locally selectively irradiating a work area with an energy beam for the additive manufacturing of a component from a powder material arranged in the work area, the problem arises that the powder material can be overheated at certain points in the work area, in particular if a heat dissipation capacity is limited due to structural properties of the resulting component, in particular the position of certain component areas in the powder material is too low. There is therefore a need to identify in advance those areas in which there is a risk of overheating in order to then be able to plan the irradiation in these areas in such a way that overheating is avoided if possible. The problem here is that, on the one hand, the reliable identification of such areas is difficult or at least very complex, and on the other hand, simple measures to avoid overheating, such as increasing the waiting time after individual irradiation vectors, result in further problems, in particular an increase the construction time and thus a reduction in the productivity of such a process.
Aus
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial, und ein Computerprogrammprodukt zum Durchführen eines solchen Verfahrens zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten.The invention is therefore based on the object of creating a method and a planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam, a method and a manufacturing device for the additive manufacturing of a component from a powder material, and a computer program product for carrying out such a method, whereby the disadvantages mentioned are at least reduced and preferably do not occur.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.The object is achieved by providing the present technical teaching, in particular the teaching of the independent claims and the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein auch als Planungsverfahren bezeichnetes Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen, geschaffen wird, wobei für mindestens eine einer Pulvermaterialschicht zugeordnete Querschnittsfläche des Bauteils in einem Ermittlungsschritt anhand von mindestens einem Filigranitätskriterium ermittelt wird, ob die Querschnittsfläche mindestens einen Filigranbereich aufweist, wobei, wenn für die Querschnittsfläche wenigstens ein Filigranbereich ermittelt wird, mindestens ein Bestrahlungsparameter für den wenigstens einen Filigranbereich anders gewählt wird als für einen Massivbereich des Bauteils. Insbesondere wird so ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit dem Energiestrahl erhalten. Anhand des mindestens einen Filigranitätskriteriums kann vorteilhaft sicher und mit geringem Rechenaufwand ermittelt werden, ob und gegebenenfalls wo die Querschnittsfläche einen Filigranbereich aufweist. Dieser Vorgehensweise liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass Filigranbereiche der Querschnittsfläche und damit zugleich des Bauteils überhitzungsgefährdet sind, da in diesen Bereichen nur wenig bereits erschmolzenes, dem Bauteil zugeordnetes Pulvermaterial für die Wärmeableitung zur Verfügung steht, sodass die Wärmeableitung im Wesentlichen in das umgebende Pulvermaterial erfolgt. Entsprechend ist das Wärmeableitungsvermögen reduziert. Somit sind solche Filigranbereiche strukturell überhitzungsgefährdet. Indem auf diese Weise zielsicher und einfach Filigranbereiche identifiziert werden, werden zugleich ebenso zielsicher und mit wenig Aufwand überhitzungsgefährdete Bereiche identifiziert. Zugleich besteht ein höchstens sehr geringes Risiko, überhitzungsgefährdete Bereiche nicht zu identifizieren, da solche Bereiche in aller Regel zugleich Filigranbereiche sind, sodass quasi für alle praktischen Anwendungen Filigranbereiche und überhitzungsgefährdete Bereiche miteinander identifiziert werden können. Indem mindestens ein Bestrahlungsparameter für den wenigstens einen Filigranbereich anders gewählt wird als für einen Massivbereich kann zugleich eine - insbesondere auf die individuelle Geometrie oder Struktur des Filigranbereichs oder die dort lokal vorliegende Wärmeableitungsproblematik abgestimmte - Maßnahme bereitgestellt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden, wobei diese Maßnahme insbesondere auch so getroffen werden kann, dass eine Produktivitätsreduzierung für das Verfahren vermieden wird.The object is achieved in particular by a method, also known as a planning method, for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam in order to use the energy beam to produce a component layer by layer from a plurality of powder material layers of a powder material arranged one after the other in a layer sequence in the work area, is created, wherein for at least one cross-sectional area of the component assigned to a powder material layer, it is determined in a determination step based on at least one filigree criterion whether the cross-sectional area has at least one filigree area, whereby if at least one filigree area is determined for the cross-sectional area, at least one irradiation parameter for the at least a filigree area is chosen differently than for a solid area of the component. In particular, an irradiation plan for the locally selective irradiation of the work area with the energy beam is obtained. Using the at least one filigree criterion, it can advantageously be determined safely and with little computational effort whether and, if necessary, where the cross-sectional area has a filigree area. This procedure is based in particular on the knowledge that delicate areas of the cross-sectional area and thus of the component are at risk of overheating, since in these areas only a small amount of already melted powder material assigned to the component is available for heat dissipation, so that the heat dissipation essentially takes place into the surrounding powder material . The heat dissipation capacity is reduced accordingly. Such filigree areas are structurally at risk of overheating. By identifying delicate areas accurately and easily in this way, areas at risk of overheating are identified just as accurately and with little effort. At the same time, there is at most a very low risk of not identifying areas at risk of overheating, since such areas are usually also delicate che, so that delicate areas and areas at risk of overheating can be identified with each other for virtually all practical applications. By choosing at least one irradiation parameter for the at least one filigree area differently than for a solid area, a measure can be provided - in particular tailored to the individual geometry or structure of the filigree area or the locally existing heat dissipation problems there - in order to avoid overheating, this measure in particular can also be made in such a way that a reduction in productivity for the process is avoided.
Unter einer Querschnittsfläche des Bauteils, die einer Pulvermaterialschicht zugeordnet ist, wird eine zusammenhängende Fläche in der Pulvermaterialschicht verstanden, die bestimmungsgemäß mit dem Energiestrahl beaufschlagt wird, um das Pulvermaterial innerhalb der zusammenhängenden Fläche zu verfestigen und damit eine Schicht oder einen Bereich einer Schicht des Bauteils herzustellen.A cross-sectional area of the component, which is assigned to a powder material layer, is understood to mean a contiguous area in the powder material layer, which is intended to be acted upon by the energy beam in order to solidify the powder material within the contiguous surface and thus produce a layer or a region of a layer of the component .
Darunter, dass die Querschnittsfläche mindestens einen Filigranbereich aufweist, wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass die Querschnittsfläche zumindest bereichsweise filigran oder aber insgesamt filigran ausgebildet ist. Die Querschnittsfläche kann also auch insgesamt einen Filigranbereich bilden oder ein Filigranbereich sein, das heißt aus einem Filigranbereich bestehen.In the context of the present technical teaching, the fact that the cross-sectional area has at least one filigree area is understood in particular to mean that the cross-sectional area is filigree at least in some areas or filigree overall. The cross-sectional area can therefore also form a filigree area overall or be a filigree area, that is to say consist of a filigree area.
Unter einem Filigranbereich wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Bereich verstanden, der das mindestens eine Filigranitätskriterium erfüllt oder für den das mindestens eine Filigranitätskriterium erfüllt ist. Insbesondere ist ein Filigranbereich ein filigraner Bereich der Querschnittsfläche, wobei - wie ausgeführt - die Querschnittsfläche auch insgesamt filigran ausgebildet sein kann, insbesondere im Sinne des mindestens einen Filigranitätskriteriums.In the context of the present technical teaching, a filigree area is understood to mean, in particular, an area which fulfills the at least one filigree criterion or for which the at least one filigree criterion is fulfilled. In particular, a filigree area is a filigree area of the cross-sectional area, whereby - as stated - the cross-sectional area can also be designed to be filigree overall, in particular in the sense of the at least one filigree criterion.
Unter einem Massivbereich wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Bereich des entstehenden Bauteils verstanden, der nicht filigran ist, insbesondere ein Bereich, für den in der betrachteten Querschnittsfläche das mindestens eine Filigranitätskriterium nicht erfüllt ist, insbesondere für den kein Filigranitätskriterium erfüllt ist.In the context of the present technical teaching, a solid area is understood to mean, in particular, an area of the resulting component that is not filigree, in particular an area for which the at least one filigree criterion is not met in the cross-sectional area under consideration, in particular for which no filigree criterion is met.
Insbesondere wird für eine Mehrzahl der Pulvermaterialschichten, insbesondere für alle Pulvermaterialschichten, jeweils für mindestens eine der jeweiligen Pulvermaterialschicht zugeordnete Querschnittsfläche des Bauteils in einem Ermittlungsschritt anhand des mindestens einen Filigranitätskriteriums ermittelt, ob die jeweilige Querschnittsfläche mindestens einen Filigranbereich aufweist, wobei, wenn für die jeweilige Querschnittsfläche wenigstens ein Filigranbereich ermittelt wird, mindestens ein Bestrahlungsparameter für den wenigstens einen Filigranbereich anders gewählt wird als für einen Massivbereich des Bauteils.In particular, for a plurality of the powder material layers, in particular for all powder material layers, for at least one cross-sectional area of the component assigned to the respective powder material layer, it is determined in a determination step based on the at least one filigree criterion whether the respective cross-sectional area has at least one filigree area, whereby, if for the respective cross-sectional area at least one filigree area is determined, at least one irradiation parameter for the at least one filigree area is selected differently than for a solid area of the component.
Unter einem additiven oder generativen Fertigen oder Herstellen eines Bauteils wird insbesondere ein Pulverbett-basiertes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils verstanden, insbesondere ein Fertigungsverfahren, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintern, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), einem selektiven Elektronenstrahlschmelzen ((Selective) Electron Beam Melting - (S)EBM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die Fertigungsvorrichtung ist demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten additiven oder generativen Fertigungsverfahren.Additive or generative manufacturing or manufacturing of a component is understood to mean, in particular, a powder bed-based method for producing a component, in particular a manufacturing method that is selected from a group consisting of selective laser sintering, laser metal fusion - LMF), a direct metal laser melting (Direct Metal Laser Melting - DMLM), a Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), a selective electron beam melting ((Selective) Electron Beam Melting - (S)EBM), and a Laser Engineered Net Shaping (LENS). The manufacturing device is therefore in particular set up to carry out at least one of the aforementioned additive or generative manufacturing processes.
Der Energiestrahl ist insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem elektromagnetischen Strahl, insbesondere einem optischen Arbeitsstrahl, insbesondere einem Laserstrahl, und einem Teilchenstrahl, insbesondere einem Elektronenstrahl. Der Energiestrahl kann kontinuierlich oder gepulst sein, insbesondere kontinuierliche Laserstrahlung oder gepulste Laserstrahlung.The energy beam is in particular selected from a group consisting of an electromagnetic beam, in particular an optical working beam, in particular a laser beam, and a particle beam, in particular an electron beam. The energy beam can be continuous or pulsed, in particular continuous laser radiation or pulsed laser radiation.
Insbesondere kann im Rahmen des Planungsverfahrens eine lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen geplant werden, um mittels der Mehrzahl an Energiestrahlen ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen.In particular, as part of the planning method, a locally selective irradiation of a work area with a plurality of energy beams can be planned in order to produce a component layer by layer from a plurality of powder material layers of a powder material arranged in a layer sequence in the work area in time succession by means of the plurality of energy beams.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Bestrahlungsparameter für den Filigranbereich im Verhältnis zu dem Massivbereich derart gewählt wird, dass eine in das Pulvermaterial eingebrachte zeitliche Energiedichte in dem Filigranbereich geringer ist als in dem Massivbereich. Insbesondere auf diese Weise kann eine Überhitzung in den Filigranbereich wirksam vermieden werden.According to a further development of the invention, it is provided that the at least one irradiation parameter for the filigree area is selected in relation to the solid area such that a temporal energy density introduced into the powder material is lower in the filigree area than in the solid area. In this way in particular, overheating in the filigree area can be effectively avoided.
Unter einer zeitlichen Energiedichte wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine - insbesondere über einen vorbestimmten Zeitraum gemittelte - pro Zeit- und Flächeneinheit in das Pulvermaterial mittels des Energiestrahls eingebrachte Energie verstanden.In the context of the present technical teaching, a temporal energy density is in particular one - in particular averaged over a predetermined period of time - per unit of time and area Energy introduced into the powder material by means of the energy beam is understood.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ermittlungsschritt an einer geometrischen Repräsentation des Bauteils durchgeführt wird. Dies erlaubt eine direkte Identifizierung von Filigranbereichen anhand geometrischer und/oder struktureller Eigenschaften des Bauteils, die unmittelbar aus der geometrischen Repräsentation entnommen oder abgeleitet werden können. Insbesondere liegt die geometrische Repräsentation in Form maschinenlesbarer Daten, insbesondere als Datei vor.According to a further development of the invention, it is provided that the determination step is carried out on a geometric representation of the component. This allows filigree areas to be directly identified based on geometric and/or structural properties of the component, which can be taken or derived directly from the geometric representation. In particular, the geometric representation is in the form of machine-readable data, in particular as a file.
In einer Ausführungsform wird als die geometrische Repräsentation ein CAD-Modell des Bauteils verwendet, und der Ermittlungsschritt wird an dem CAD-Modell durchgeführt.In one embodiment, a CAD model of the component is used as the geometric representation, and the determination step is performed on the CAD model.
Alternativ oder zusätzlich wird der Ermittlungsschritt an einer - insbesondere aus der geometrischen Repräsentation des Bauteils vorzugsweise durch einen hierfür vorgesehenen computerimplementierten Algorithmus erhaltenen - Zusammenstellung von Bestrahlungsvektoren durchgeführt. Eine indirekte Ermittlung von Filigranbereichen anhand der Bestrahlungsvektoren ist zumindest in bestimmten Fällen einfacher und mit geringerem Rechenaufwand möglich, als deren direkte Identifizierung anhand der geometrischen Repräsentation. Insbesondere liegt die Zusammenstellung von Bestrahlungsvektoren in Form maschinenlesbarer Daten, insbesondere als Datei vor.Alternatively or additionally, the determination step is carried out on a compilation of irradiation vectors - in particular obtained from the geometric representation of the component, preferably by a computer-implemented algorithm provided for this purpose. An indirect determination of filigree areas based on the irradiation vectors is, at least in certain cases, easier and requires less computational effort than their direct identification based on the geometric representation. In particular, the compilation of irradiation vectors is available in the form of machine-readable data, in particular as a file.
Insbesondere kann der Ermittlungsschritt bei der initialen Erstellung eines Bestrahlungsplans anhand der geometrischen Repräsentation, insbesondere bei der Umwandlung von CAD-Daten in CAM-Daten, durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Ermittlungsschritt an einem zuvor erstellten Bestrahlungsplan, insbesondere an CAM-Daten, durchgeführt werden, wobei der Bestrahlungsplan verändert oder ein neuer Bestrahlungsplan erhalten wird.In particular, the determination step can be carried out during the initial creation of an irradiation plan based on the geometric representation, in particular when converting CAD data into CAM data. Alternatively or additionally, the determination step can be carried out on a previously created irradiation plan, in particular on CAM data, whereby the irradiation plan is changed or a new irradiation plan is obtained.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Filigranitätskriterium ausgewählt ist aus einer Liste, bestehend aus: Einer Fläche eines untersuchten Bereichs oder Teilbereichs der Querschnittsfläche des Bauteils, einem Verhältnis von Umfang zu Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs, einem Verhältnis einer ersten Ausdehnung des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs entlang einer ersten kartesischen Koordinate in der Pulvermaterialschicht - beispielsweise x-Koordinate - zur Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs, einem Verhältnis einer zweiten Ausdehnung des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs entlang einer zweiten kartesischen Koordinate in der Pulvermaterialschicht - beispielsweise y-Koordinate - zur Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs, einem Verhältnis einer dritten Ausdehnung des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs entlang einer Diagonale - beispielsweise xy-Linie - zwischen der ersten kartesischen Koordinaten und der zweiten kartesischen Koordinate zur Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs, einer Länge von Bestrahlungsvektoren in dem untersuchten Bereich oder Teilbereich, einer Anzahl von unmittelbar einander benachbart angeordneten Kurzvektoren, einer geometrischen Lage von Kurzvektoren relativ zu einer Bauteilgeometrie des Bauteils und/oder innerhalb eines Bestrahlungsmusters für die der Querschnittsfläche zugeordnete Pulvermaterialschicht, einer geometrischen Lage von Bestrahlungsvektoren, die insbesondere keine Kurzvektoren sind, relativ zu einer Bauteilkontur, insbesondere deren Lage zwischen zwei unmittelbar benachbarten Konturvektorzügen, und einer räumlichen Entwicklung der Länge benachbarter Bestrahlungsvektoren entlang mindestens einer Richtung in der der Querschnittsfläche zugeordneten Pulvermaterialschicht, das heißt einer Zu- oder Abnahme der Bestrahlungsvektorlänge pro Längeneinheit entlang der betrachteten Richtung - also ein räumlicher Bestrahlungsvektorlängen-Gradient. Eine Kombination oder logische Verknüpfung der hier genannten Kriterien zu einem komplexen Filigranitätskriterium ist möglich.According to a further development of the invention, it is provided that the at least one filigree criterion is selected from a list consisting of: an area of an examined area or partial area of the cross-sectional area of the component, a ratio of the circumference to the area of the examined area or partial area, a ratio of a first Expansion of the examined area or partial area along a first Cartesian coordinate in the powder material layer - for example x coordinate - to the area of the examined area or partial area, a ratio of a second extent of the examined area or partial area along a second Cartesian coordinate in the powder material layer - for example y- Coordinate - to the area of the examined area or sub-area, a ratio of a third extent of the examined area or sub-area along a diagonal - for example xy line - between the first Cartesian coordinate and the second Cartesian coordinate to the area of the examined area or sub-area, a length of Irradiation vectors in the area or partial area examined, a number of short vectors arranged immediately adjacent to one another, a geometric position of short vectors relative to a component geometry of the component and / or within an irradiation pattern for the powder material layer assigned to the cross-sectional area, a geometric position of irradiation vectors, which in particular are none Short vectors are, relative to a component contour, in particular its position between two immediately adjacent contour vector trains, and a spatial development of the length of adjacent irradiation vectors along at least one direction in the powder material layer assigned to the cross-sectional area, that is, an increase or decrease in the irradiation vector length per unit length along the considered Direction - i.e. a spatial irradiation vector length gradient. A combination or logical connection of the criteria mentioned here to form a complex filigree criterion is possible.
Die Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs der Querschnittsfläche, das Verhältnis von Umfang zu Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs, das Verhältnis der ersten Ausdehnung des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs entlang der ersten kartesischen Koordinate zur Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs, das Verhältnis der zweiten Ausdehnung des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs entlang der zweiten kartesischen Koordinate zur Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs, und das Verhältnis der dritten Ausdehnung des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs entlang der Diagonale zur Fläche des untersuchten Bereichs oder Teilbereichs können insbesondere direkt aus der geometrischen Repräsentation des Bauteils entnommen oder aus der geometrischen Repräsentation abgeleitet werden.The area of the examined area or sub-area of the cross-sectional area, the ratio of the circumference to the area of the examined area or sub-area, the ratio of the first extent of the examined area or sub-area along the first Cartesian coordinate to the area of the examined area or sub-area, the ratio of the second extent of the examined area or partial area along the second Cartesian coordinate to the area of the examined area or partial area, and the ratio of the third extent of the examined area or partial area along the diagonal to the surface of the examined area or partial area can in particular be taken directly from the geometric representation of the component or be derived from the geometric representation.
Die Länge von Bestrahlungsvektoren in dem untersuchten Bereich oder Teilbereich, die Anzahl von unmittelbar einander benachbart angeordneten Kurzvektoren, die geometrische Lage von Kurzvektoren relativ zu einer Bauteilgeometrie des Bauteils und/oder innerhalb eines Bestrahlungsmusters für die der Querschnittsfläche zugeordnete Pulvermaterialschicht, die geometrische Lage von Bestrahlungsvektoren relativ zu einer Bauteilkontur, und die räumliche Entwicklung der Länge benachbarter Bestrahlungsvektoren entlang mindestens einer Richtung in der der Querschnittsfläche zugeordneten Pulvermaterialschicht können demgegenüber aus der Zusammenstellung von Bestrahlungsvektoren ermittelt werden.The length of irradiation vectors in the examined area or partial area, the number of short vectors arranged immediately adjacent to one another, the geometric position of short vectors relative to a component geometry of the component and / or within an irradiation pattern for the powder material layer assigned to the cross-sectional area, the geometric position of irradiation vectors relative to a component contour, and the spatial development of the length of neighboring ones In contrast, irradiation vectors along at least one direction in the powder material layer assigned to the cross-sectional area can be determined from the compilation of irradiation vectors.
Unter einem Bestrahlungsvektor wird insbesondere eine kontinuierliche, vorzugsweise lineare Verlagerung des Energiestrahls über eine bestimmte Strecke mit bestimmter Verlagerungsrichtung verstanden. Der Bestrahlungsvektor schließt insbesondere die Richtung oder Orientierung der Verlagerung, das heißt die Vektorausrichtung, ein. Der Bestrahlungsvektor muss keinesfalls als Geradenabschnitt ausgebildet sein, vielmehr kann ein Bestrahlungsvektor auch einer zumindest bereichsweise gekrümmten Linie oder Kurve folgen.An irradiation vector is understood to mean, in particular, a continuous, preferably linear displacement of the energy beam over a specific distance with a specific direction of displacement. The irradiation vector includes in particular the direction or orientation of the displacement, i.e. the vector orientation. The irradiation vector does not have to be designed as a straight section; rather, an irradiation vector can also follow a line or curve that is at least partially curved.
Unter einem Kurzvektor dabei insbesondere ein Bestrahlungsvektor verstanden, der eine vorbestimmte maximale Länge aufweist, das heißt dessen Länge höchstens so groß ist wie die vorbestimmte maximale Länge. Insbesondere kann die maximale Länge 6 mm betragen.A short vector is understood in particular to mean an irradiation vector which has a predetermined maximum length, that is to say whose length is at most as large as the predetermined maximum length. In particular, the maximum length can be 6 mm.
In einer Ausführungsform werden Bestrahlungsvektoren mit einer Länge von nur 0,1 mm bis 2 mm vermieden, vorzugsweise indem sie mit benachbarten Bestrahlungsvektoren vereinigt werden.In one embodiment, irradiation vectors as long as 0.1 mm to 2 mm are avoided, preferably by merging them with adjacent irradiation vectors.
Der untersuchte Teilbereich der Querschnittsfläche kann auch die gesamte Querschnittsfläche sein. Insbesondere kann demnach eine Fläche des untersuchten Teilbereichs auch der gesamte Flächeninhalt der Querschnittsfläche sein. Insbesondere ist eine Querschnittfläche insgesamt filigran, wenn ihr Flächeninhalt kleiner ist als 20 mm2, insbesondere kleiner als 10 mm2, insbesondere kleiner als 3 mm2.The examined portion of the cross-sectional area can also be the entire cross-sectional area. In particular, an area of the examined partial area can also be the entire area of the cross-sectional area. In particular, a cross-sectional area is delicate overall if its surface area is smaller than 20 mm 2 , in particular smaller than 10 mm 2 , in particular smaller than 3 mm 2 .
Unter einer Bauteilkontur wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine gedachte Begrenzungslinie des herzustellenden Bauteils in einer jeweiligen Pulvermaterialschicht verstanden, das heißt insbesondere eine gedachte Grenzlinie oder Umrandung der in der Pulvermaterialschicht liegenden Querschnittsfläche des herzustellenden Bauteils.In the context of the present technical teaching, a component contour is understood to mean, in particular, an imaginary boundary line of the component to be produced in a respective powder material layer, that is, in particular, an imaginary boundary line or border of the cross-sectional area of the component to be produced lying in the powder material layer.
Unter einem Konturvektor wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Bestrahlungsvektor verstanden, der zumindest bereichsweise entlang der Bauteilkontur verläuft. Unter einem Konturvektorzug wird entsprechend eine Mehrzahl unmittelbar hintereinander angeordneter Konturvektoren, insbesondere entlang derselben Bauteilkontur, verstanden. Dass zwei Konturvektorzüge einander unmittelbar benachbart sind, bedeutet hier insbesondere, dass die Konturvektorzüge lediglich durch den zwischen ihnen angeordneten Bestrahlungsvektor beabstandet sind, insbesondere also, dass nur genau ein Bestrahlungsvektor zwischen den Konturvektorzügen angeordnet ist. Ist dies der Fall, ist eine Breite des entsprechenden Teilbereichs der Querschnittsfläche notwendig gering, da die entlang des Bestrahlungsvektors einander gegenüberliegenden Konturvektorzüge nur durch den genau einen Bestrahlungsvektor beabstandet sind. Daher ist dann der entsprechende Teilbereich der Querschnittsfläche, oder auch die Querschnittsfläche insgesamt, ein Filigranbereich.In the context of the present technical teaching, a contour vector is understood to mean, in particular, an irradiation vector that runs at least in some areas along the component contour. A contour vector train is understood to mean a plurality of contour vectors arranged immediately one behind the other, in particular along the same component contour. The fact that two contour vector trains are directly adjacent to one another means in particular that the contour vector trains are only spaced apart by the irradiation vector arranged between them, in particular that only exactly one irradiation vector is arranged between the contour vector trains. If this is the case, a width of the corresponding subregion of the cross-sectional area is necessarily small, since the contour vector trains lying opposite one another along the irradiation vector are only spaced apart by exactly one irradiation vector. Therefore, the corresponding partial area of the cross-sectional area, or the cross-sectional area as a whole, is a filigree area.
Insbesondere wird ein untersuchter Teilbereich der Querschnittsfläche als Filigranbereich erkannt, wenn die Fläche des Teilbereichs kleiner ist als 20 mm2, insbesondere kleiner als 10 mm2, insbesondere kleiner als 3 mm2. Alternativ oder zusätzlich wird die gesamte Querschnittsfläche als Filigranbereich erkannt, wenn die Querschnittsfläche einen Umfang kleiner als 16 mm oder eine Fläche kleiner als 20 mm2, insbesondere kleiner als 10 mm2, insbesondere kleiner als 3 mm2 aufweist. Alternativ oder zusätzlich wird ein untersuchter Teilbereich der Querschnittsfläche als Filigranbereich erkannt, wenn sein Umfang mindestens 16 mm beträgt, insbesondere größer ist als 16 mm, insbesondere bei einem Flächeninhalt von weniger als 20 mm2, insbesondere weniger als 10 mm2, insbesondere weniger als 3 mm2. Insbesondere wird der untersuchte Teilbereich der Querschnittsfläche als Filigranbereich erkannt, wenn das Verhältnis von Umfang zu Fläche größer ist als 0,8 mm-1, oder größer als 1,6 mm-1, oder größer als 5,3 mm-1. Alternativ oder zusätzlich wird ein untersuchter Teilbereich der Querschnittsfläche als Filigranbereich erkannt, wenn seine Ausdehnung entlang zumindest einer kartesischen Koordinate in der Pulvermaterialschicht, ausgewählt aus der ersten kartesischen Koordinate und der zweiten kartesischen Koordinate, oder entlang der Diagonale zwischen den kartesischen Koordinaten, kleiner ist als 5 mm, oder wenn das Verhältnis seiner Ausdehnung entlang der ersten kartesischen Koordinate zu seiner Ausdehnung entlang der zweiten kartesischen Koordinate - oder umgekehrt - mindestens 1:10 beträgt. Insbesondere wird der untersuchte Teilbereich als Filigranbereich erkannt, wenn das Verhältnis seiner Ausdehnung entlang einer der kartesischen Koordinaten oder entlang der Diagonale zwischen den kartesischen Koordinaten zu seinem Flächeninhalt mindestens 0,25 mm-1, oder mindestens 0,5 mm-1, oder mindestens 1,7 mm-1 beträgt.In particular, an examined partial area of the cross-sectional area is recognized as a filigree area if the area of the partial area is smaller than 20 mm 2 , in particular smaller than 10 mm 2 , in particular smaller than 3 mm 2 . Alternatively or additionally, the entire cross-sectional area is recognized as a filigree area if the cross-sectional area has a circumference smaller than 16 mm or an area smaller than 20 mm 2 , in particular smaller than 10 mm 2 , in particular smaller than 3 mm 2 . Alternatively or additionally, an examined partial area of the cross-sectional area is recognized as a filigree area if its circumference is at least 16 mm, in particular larger than 16 mm, in particular with an area of less than 20 mm 2 , in particular less than 10 mm 2 , in particular less than 3 mm2 . In particular, the examined partial area of the cross-sectional area is recognized as a filigree area if the ratio of circumference to area is greater than 0.8 mm -1 , or greater than 1.6 mm -1 , or greater than 5.3 mm -1 . Alternatively or additionally, an examined partial area of the cross-sectional area is recognized as a filigree area if its extent along at least one Cartesian coordinate in the powder material layer, selected from the first Cartesian coordinate and the second Cartesian coordinate, or along the diagonal between the Cartesian coordinates, is smaller than 5 mm, or if the ratio of its extent along the first Cartesian coordinate to its extent along the second Cartesian coordinate - or vice versa - is at least 1:10. In particular, the examined partial area is recognized as a filigree area if the ratio of its extent along one of the Cartesian coordinates or along the diagonal between the Cartesian coordinates to its area is at least 0.25 mm -1 , or at least 0.5 mm -1 , or at least 1 .7 mm -1 .
Insbesondere ist eine vorbestimmte Schwelle für die Anzahl unmittelbar benachbarter Kurzvektoren vorgegeben, bei deren Überschreiten ein untersuchter Teilbereich als Filigranbereich erkannt wird. Die vorbestimmte Schwelle kann insbesondere 3, 4 5, oder 6 betragen. Insbesondere kann die vorbestimmte Schwelle auch abhängig von der Bestrahlungsvektorlänge der Kurzvektoren sein.In particular, a predetermined threshold is specified for the number of immediately adjacent short vectors, when exceeded, an examined partial area is recognized as a filigree area. The predetermined threshold can in particular be 3, 4, 5, or 6. In particular, the predetermined threshold can also be dependent on the irradiation vector length of the short vectors.
Insbesondere wird der untersuchte Teilbereich als Filigranbereich erkannt, wenn Kurzvektoren relativ zur Bauteilgeometrie des Bauteils derart angeordnet sind, dass sie mit mindestens einem Vektorende an die Bauteilkontur angrenzen.In particular, the examined partial area is recognized as a filigree area if short vectors are arranged relative to the component geometry of the component in such a way that they adjoin the component contour with at least one vector end.
Insbesondere wird der untersuchte Teilbereich als Filigranbereich erkannt, wenn Kurzvektoren innerhalb eines Bestrahlungsmusters derart angeordnet sind, dass sie mit einem ersten Vektorende an eine Musterbegrenzung, beispielsweise eine Streifengrenze oder eine Feldgrenze, und mit ihrem anderen Vektorende an die Bauteilkontur angrenzen.In particular, the examined partial area is recognized as a filigree area if short vectors are arranged within an irradiation pattern in such a way that their first vector end adjoins a pattern boundary, for example a strip boundary or a field boundary, and their other vector end adjoins the component contour.
Insbesondere wird ein Teil der Querschnittsfläche als filigran erkannt, wenn der Bestrahlungsvektorlängen-Gradient anzeigt, dass die Bestrahlungsvektorlänge entlang der betrachteten Richtung monoton abnimmt. Alternativ oder zusätzlich wird ein Teil der Querschnittsfläche als filigran erkannt, wenn der Bestrahlungsvektorlängen-Gradient anzeigt, dass die Bestrahlungsvektorlänge entlang der betrachteten Richtung monoton zunimmt.In particular, a part of the cross-sectional area is recognized as delicate if the irradiation vector length gradient indicates that the irradiation vector length decreases monotonically along the direction under consideration. Alternatively or additionally, a part of the cross-sectional area is recognized as filigree if the irradiation vector length gradient indicates that the irradiation vector length increases monotonically along the direction under consideration.
Unter einem Bestrahlungsmuster wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Zusammenstellung oder Anordnung von Bestrahlungsvektoren, insbesondere von Gruppen von Bestrahlungsvektoren, verstanden, beispielsweise in Form von Streifen oder Feldern. Insbesondere entspricht dabei die Breite eines Streifens oder eines Feldes der Bestrahlungsvektorlänge eines in dem Streifen oder dem Feld liegenden Bestrahlungsvektors. In the context of the present technical teaching, an irradiation pattern is understood to mean, in particular, a compilation or arrangement of irradiation vectors, in particular groups of irradiation vectors, for example in the form of stripes or fields. In particular, the width of a strip or a field corresponds to the irradiation vector length of an irradiation vector lying in the strip or the field.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Bestrahlungsparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer Wartezeit zwischen der Abarbeitung unmittelbar benachbarter Bestrahlungsvektoren, einer Wartezeit zwischen der Abarbeitung benachbarter Gruppen von Bestrahlungsvektoren, einer Bestrahlungsreihenfolge der Bestrahlungsvektoren, einer Betriebsart des Energiestrahls, insbesondere einem gepulsten Betrieb oder Dauerstrichbetrieb, einer Leistung, insbesondere Pulsspitzenleistung oder mittlere Leistung, des Energiestrahls, einer Pulsdauer des Energiestrahls, einer Pulsfrequenz des Energiestrahls, einer geometrischen Lage, insbesondere Ausrichtung, der Bestrahlungsvektoren in der der Querschnittsfläche zugeordneten Pulvermaterialschicht, einer Art der Bestrahlungsvektoren, einem Bestrahlungsmuster, und einer Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls. Insbesondere durch eine Änderung der Bestrahlungsreihenfolge der Bestrahlungsvektoren können zugleich Wartezeiten zwischen unmittelbar benachbarten Bestrahlungsvektoren eingeführt und zugleich die Gesamt-Bestrahlungsdauer konstant gehalten werden, wenn beispielsweise keine unmittelbar räumlich benachbarten Bestrahlungsvektoren direkt zeitlich nacheinander bestrahlt werden, sondern vielmehr die Bestrahlung zwischen weiter voneinander entfernten Bestrahlungsvektoren springt. Durch eine Änderung der Ausrichtung der Bestrahlungsvektoren in der Pulvermaterialschicht ist es möglich, die Bestrahlungsvektorlänge zu verändern, insbesondere Kurzvektoren durch längere Bestrahlungsvektoren zu ersetzen. Auch dies führt vorteilhaft zu einer geringeren zeitlichen Energiedichte. Insbesondere kann auch eine Anzahl oder Abmessung von Streifen oder Feldern des Bestrahlungsmusters geändert werden, oder eine Bestrahlung in Form von Streifen oder Feldern kann in einem Filigranbereich, insbesondere einer filigranen Insel, unterlassen und durch eine Bestrahlung ausschließlich mit insbesondere ineinander geschachtelten Konturvektorzügen - gleichsam zwiebelringartig - (Contour Offset Filling) ersetzt werden. Derartige Konturvektorzüge sind tendenziell länger als Bestrahlungsvektoren des Bestrahlungsmusters, die sie ersetzen. Insgesamt sind die hier vorgeschlagenen Bestrahlungsparameters beziehungsweise Maßnahmen geeignet, um die zeitliche Energiedichte in der Pulvermaterialschicht zu verringern.According to a further development of the invention, it is provided that the at least one irradiation parameter is selected from a group consisting of: a waiting time between the processing of immediately adjacent irradiation vectors, a waiting time between the processing of adjacent groups of irradiation vectors, an irradiation sequence of the irradiation vectors, an operating mode of the energy beam , in particular a pulsed operation or continuous wave operation, a power, in particular pulse peak power or average power, of the energy beam, a pulse duration of the energy beam, a pulse frequency of the energy beam, a geometric position, in particular orientation, of the irradiation vectors in the powder material layer assigned to the cross-sectional area, a type of irradiation vectors , an irradiation pattern, and a displacement speed of the energy beam. In particular, by changing the irradiation sequence of the irradiation vectors, waiting times can be introduced between immediately adjacent irradiation vectors and at the same time the total irradiation duration can be kept constant if, for example, no immediately spatially adjacent irradiation vectors are irradiated directly one after the other, but rather the irradiation jumps between irradiation vectors that are further apart from one another. By changing the orientation of the irradiation vectors in the powder material layer, it is possible to change the irradiation vector length, in particular to replace short vectors with longer irradiation vectors. This also advantageously leads to a lower temporal energy density. In particular, a number or dimension of stripes or fields of the irradiation pattern can also be changed, or irradiation in the form of stripes or fields can be omitted in a filigree area, in particular a filigree island, and by irradiation exclusively with, in particular, nested contour vector trains - like an onion ring, so to speak - (Contour Offset Filling). Such contour vector trains tend to be longer than irradiation vectors of the irradiation pattern that they replace. Overall, the irradiation parameters and measures proposed here are suitable for reducing the temporal energy density in the powder material layer.
Unter einer Bestrahlung oder Abarbeitung eines Bestrahlungsvektors wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass eine Bestrahlung des Pulvermaterials in dem Arbeitsbereich in Übereinstimmung mit der durch den Bestrahlungsvektor gegebenen Definition durchgeführt wird.In the context of the present technical teaching, irradiation or processing of an irradiation vector is understood in particular to mean that irradiation of the powder material in the work area is carried out in accordance with the definition given by the irradiation vector.
In einer Ausführungsform wird der Ermittlungsschritt nach einer Änderung der Ausrichtung der Bestrahlungsvektoren erneut auf der Grundlage der geänderten Bestrahlungsvektoren durchgeführt.In one embodiment, after a change in the orientation of the irradiation vectors, the determination step is carried out again based on the changed irradiation vectors.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für einen Filigranbereich zusätzlich geprüft wird, ob mindestens ein dem Filigranbereich zugeordneter Bestrahlungsvektor ein Überhangvektor ist, wobei der wenigstens eine Bestrahlungsparameter für Überhangvektoren anders gewählt wird als für Bestrahlungsvektoren, die keine Überhangvektoren sind.According to a further development of the invention, it is provided that for a filigree area it is additionally checked whether at least one irradiation vector assigned to the filigree area is an overhang vector, the at least one irradiation parameter for overhang vectors being chosen differently than for irradiation vectors that are not overhang vectors.
Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird unter einem Überhangvektor insbesondere ein Bestrahlungsvektor verstanden, der vollständig in einem Überhangbereich liegt oder in einem Überhangbereich beginnt oder endet. Unter einem Überhangbereich wird insbesondere ein Bereich verstanden, unterhalb von dem sich in Richtung der Schichtfolge der Pulvermaterialschichten zumindest bereichsweise, insbesondere im Bereich einer Konturlinie oder an einem äußeren Rand des Überhangbereichs, nicht-verfestigtes Pulvermaterial befindet. Ein solcher Überhangbereich wird auch als Downskin-Bereich bezeichnet.In the context of the present technical teaching, an overhang vector is understood to mean, in particular, an irradiation vector that lies entirely in an overhang area or begins or ends in an overhang area. An overhang area is understood to mean, in particular, an area below which, in the direction of the layer sequence of the powder material layers, there is at least partially unsolidified powder material, in particular in the area of a contour line or on an outer edge of the overhang area located. Such an overhang area is also referred to as a downskin area.
Insbesondere wird, wenn mehr als 100 einander unmittelbar benachbarte Kurzvektoren jeweils mindestens ein Vektorende in einem Überhangbereich aufweisen, eine erste, größere Wartezeit nach jedem der Kurzvektoren vorgesehen.In particular, if more than 100 short vectors directly adjacent to one another each have at least one vector end in an overhang area, a first, longer waiting time is provided after each of the short vectors.
Insbesondere wird für eine Gruppe von Kurzvektoren mit jeweils mindestens einem an einen Konturvektor angrenzenden Vektorende eine zweite, kleinere Wartezeit nach einer vorbestimmten Anzahl der Kurzvektoren, insbesondere nach jeweils 5 Kurzvektoren, vorgesehen.In particular, for a group of short vectors each with at least one vector end adjacent to a contour vector, a second, smaller waiting time is provided after a predetermined number of short vectors, in particular after every 5 short vectors.
Insbesondere wird, wenn weniger als 10 unmittelbar benachbarte Kurzvektoren konstanter Länge jeweils mindestens ein Vektorende an einem Streifen- oder Feldrand und kein Vektorende in einem Überhangbereich aufweisen, keine Wartezeit nach den Kurzvektoren vorgesehen.In particular, if fewer than 10 immediately adjacent short vectors of constant length each have at least one vector end on a strip or field edge and no vector end in an overhang area, no waiting time is provided after the short vectors.
Insbesondere wird der Bestrahlungsplan als ein Datensatz für eine Ansteuerung einer Fertigungsvorrichtung, insbesondere einer im Folgenden noch beschriebenen erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung oder einer Fertigungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen, zum additiven Fertigen eines Bauteils aus dem Pulvermaterial erhalten. Unabhängig davon, ob das Verfahren auf einer separat zu einer Fertigungsvorrichtung angeordneten Planungsvorrichtung oder auf der Fertigungsvorrichtung selbst durchgeführt wird, wird der Bestrahlungsplan auf diese Weise in einfach handhabbarer, insbesondere maschinenlesbarer Form erhalten. Insbesondere ist es bevorzugt auch möglich, den als Datensatz erhaltenen Bestrahlungsplan zu exportieren und unabhängig von einer bestimmten Vorrichtung, beispielsweise verkörpert auf einem Datenträger oder virtuell über ein Netzwerk, zu transportieren, insbesondere zu übertragen.In particular, the irradiation plan is obtained as a data set for controlling a manufacturing device, in particular a manufacturing device according to the invention described below or a manufacturing device according to one or more of the embodiments described below, for the additive manufacturing of a component from the powder material. Regardless of whether the method is carried out on a planning device arranged separately from a production device or on the production device itself, the irradiation plan is obtained in this way in an easy-to-handle, in particular machine-readable form. In particular, it is preferably also possible to export the irradiation plan obtained as a data record and to transport it, in particular to transmit it, independently of a specific device, for example embodied on a data carrier or virtually via a network.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein auch als Fertigungsverfahren bezeichnetes Verfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines mithilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, um das Bauteil mittels des Energiestrahls schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials herzustellen, und Fertigen des Bauteils gemäß dem Bestrahlungsplan. In Zusammenhang mit dem Fertigungsverfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren erläutert wurden.The object is also achieved by creating a method, also known as a manufacturing method, for the additive manufacturing of a component from a powder material, which has the following steps: providing an irradiation plan obtained using a method according to the invention or a method according to one or more of the previously described embodiments for the locally selective irradiation of a work area with an energy beam in order to produce the component in layers by means of the energy beam from a plurality of powder material layers of the powder material arranged in a layer sequence in the work area, and manufacturing the component according to the irradiation plan. In connection with the manufacturing process, there are in particular the advantages that have already been explained previously in connection with the planning process.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsplan bereitgestellt wird, indem ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs oder ein Verfahren zum Planen nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird. Somit umfasst das Verfahren zum Fertigen des Bauteils zugleich auch - insbesondere in Form vorgelagerter Schritte - das Verfahren zum Planen der Bestrahlung.According to a further development of the invention, it is provided that the irradiation plan is provided by carrying out a method according to the invention for planning a locally selective irradiation of the work area or a method for planning according to one or more of the previously described embodiments. The method for manufacturing the component therefore also includes - in particular in the form of upstream steps - the method for planning the irradiation.
Als Energiestrahl wird vorzugsweise ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl verwendet.A laser beam or an electron beam is preferably used as the energy beam.
Vorzugsweise wird das Bauteil mittels selektiven Lasersinterns und/oder selektiven Laserschmelzens gefertigt.The component is preferably manufactured using selective laser sintering and/or selective laser melting.
Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden.A metallic or ceramic powder in particular can preferably be used as the powder material.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Computerprogrammprodukt geschaffen wird, umfassend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf einer Rechenvorrichtung durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Rechenvorrichtung läuft.The object is also achieved by creating a computer program product comprising machine-readable instructions, based on which a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments is carried out on a computing device when the computer program product runs on the computing device.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das Computerprogrammprodukt maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Fertigungsverfahren oder ein Fertigungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf der Rechenvorrichtung durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Rechenvorrichtung läuft.Alternatively or additionally, the computer program product includes machine-readable instructions, based on which a manufacturing method according to the invention or a manufacturing method according to one or more of the previously described embodiments is carried out on the computing device when the computer program product runs on the computing device.
In Zusammenhang mit dem Computerprogrammprodukt ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren oder dem Fertigungsverfahren erläutert wurden.In connection with the computer program product, there are in particular the advantages that have already been explained previously in connection with the planning process or the manufacturing process.
Zur Erfindung gehört auch ein erster Datenträger, umfassend ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt oder ein Computerprogrammprodukt nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes a first data carrier comprising a computer program product according to the invention or a computer program product according to one or more of the previously described embodiments.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Planungsvorrichtung zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil aus einem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen, geschaffen wird, wobei die Planungsvorrichtung eingerichtet ist, um ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. In Zusammenhang mit der Planungsvorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Fertigungsverfahren oder dem Computerprogrammprodukt erläutert wurden.The task is also solved by a planning device for planning a locally selective ven irradiating a work area with an energy beam in order to use the energy beam to produce a component from a powder material arranged in the work area, the planning device being set up to carry out a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments. In connection with the planning device, there are in particular the advantages that have already been explained previously in connection with the planning method, the manufacturing method or the computer program product.
Insbesondere kann die Planungsvorrichtung eingerichtet sein, um die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen zu planen.In particular, the planning device can be set up to plan the locally selective irradiation of the work area with a plurality of energy beams.
In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung ausgebildet als eine Vorrichtung, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung eine RTC5- oder RTC6-Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.In one embodiment, the planning device is designed as a device that is selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board. In one embodiment, the planning device is an RTC5 or RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the version currently available on the date determining the seniority of the present property right.
Insbesondere kann die Planungsvorrichtung extern oder separat zu einer Fertigungsvorrichtung vorgesehen sein, wobei durch die Planungsvorrichtung vorzugsweise ein Datensatz erstellt wird, der dann in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines Datenträgers oder über ein Netzwerk, insbesondere über das Internet, oder über eine andere geeignete drahtlose oder kabelgebundene Übermittlungsform, an eine Fertigungsvorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung einer Fertigungsvorrichtung, übermittelt wird. Die Planungsvorrichtung kann aber auch in eine Fertigungsvorrichtung integriert sein. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung in die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung integriert sein, oder die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung kann als Planungsvorrichtung ausgebildet sein, insbesondere durch Vorsehen einer geeigneten Hardwarekomponente und/oder durch Implementieren eines geeigneten Computerprogrammprodukts, insbesondere einer Software. Es ist aber auch möglich, dass die Planungsvorrichtung eine Mehrzahl an Rechenvorrichtungen umfasst, wobei sie insbesondere physisch verteilt ausgebildet ist. Bevorzugt umfasst die Planungsvorrichtung dann eine Mehrzahl miteinander vernetzter Rechenvorrichtungen. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung als Datenwolke oder sogenannte Cloud ausgebildet sein, oder die Planungsvorrichtung ist Teil einer Datenwolke oder Cloud. Es ist in bevorzugter Ausgestaltung auch möglich, dass die Planungsvorrichtung einerseits mindestens eine zu der Fertigungsvorrichtung externe Rechenvorrichtung und andererseits die Fertigungsvorrichtung, insbesondere die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung, umfasst, wobei dann durch die Planungsvorrichtung durchgeführte Schritte teilweise auf der externen Rechenvorrichtung und teilweise auf der Fertigungsvorrichtung, insbesondere auf der Steuervorrichtung, durchgeführt werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Planungsvorrichtung nicht die vollständige Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, sondern nur Teile hiervon; insbesondere ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung nur denjenigen Teil der Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, der sich auf die zuvor beschriebenen Schritte und/oder Festlegungen bezieht. Andere Teile der Planung der lokal selektiven Bestrahlung können dagegen in anderen Rechenvorrichtungen, insbesondere in zu der Fertigungsvorrichtung externen Rechenvorrichtung, oder auch in der Fertigungsvorrichtung selbst, insbesondere deren Steuervorrichtung, oder aber auch in einer Datenwolke oder Cloud, durchgeführt werden.In particular, the planning device can be provided externally or separately to a manufacturing device, with the planning device preferably creating a data set which is then stored in a suitable manner, for example by means of a data carrier or via a network, in particular via the Internet, or via another suitable wireless or Wired form of transmission is transmitted to a manufacturing device, in particular a control device of a manufacturing device. The planning device can also be integrated into a manufacturing device. In particular, the planning device can be integrated into the control device of the manufacturing device, or the control device of the manufacturing device can be designed as a planning device, in particular by providing a suitable hardware component and/or by implementing a suitable computer program product, in particular software. However, it is also possible for the planning device to comprise a plurality of computing devices, in particular being designed to be physically distributed. The planning device then preferably comprises a plurality of computing devices networked with one another. In particular, the planning device can be designed as a data cloud or so-called cloud, or the planning device is part of a data cloud or cloud. In a preferred embodiment, it is also possible for the planning device to comprise, on the one hand, at least one computing device external to the manufacturing device and, on the other hand, the manufacturing device, in particular the control device of the manufacturing device, with steps carried out by the planning device then being carried out partly on the external computing device and partly on the manufacturing device. in particular on the control device. In particular, it is also possible that the planning device does not take over the complete planning of the locally selective irradiation of the work area, but only parts of it; In particular, it is possible for the planning device to only take over that part of the planning of the locally selective irradiation of the work area that relates to the previously described steps and/or specifications. However, other parts of the planning of the locally selective irradiation can be carried out in other computing devices, in particular in a computing device external to the manufacturing device, or also in the manufacturing device itself, in particular its control device, or also in a data cloud or cloud.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird. Die Fertigungsvorrichtung weist eine Strahlerzeugungsvorrichtung auf, die eingerichtet ist zum Erzeugen eines Energiestrahls. Außerdem weist die Fertigungsvorrichtung eine Scannervorrichtung auf, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich lokal selektiv mit dem Energiestrahl zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Schließlich weist die Fertigungsvorrichtung eine Steuervorrichtung auf, die mit der Scannervorrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung anzusteuern. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens oder eines Fertigungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit der Fertigungsvorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Fertigungsverfahren, dem Computerprogrammprodukt und der Planungsvorrichtung erläutert wurden.The task is ultimately also solved by creating a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material. The manufacturing device has a beam generating device that is set up to generate an energy beam. In addition, the manufacturing device has a scanner device which is set up to locally selectively irradiate a work area with the energy beam in order to produce a component from the powder material arranged in the work area using the energy beam. Finally, the manufacturing device has a control device that is operatively connected to the scanner device and is set up to control the scanner device. The control device is set up to carry out a manufacturing method according to the invention or a manufacturing method according to one or more of the previously described embodiments. In connection with the manufacturing device, there are in particular the advantages that have already been explained in connection with the planning method, the manufacturing method, the computer program product and the planning device.
Bei einer Ausführungsform ist die Strahlerzeugungsvorrichtung eingerichtet, um eine Mehrzahl an Energiestrahlen zu erzeugen, und/oder die Fertigungsvorrichtung weist eine Mehrzahl an Strahlerzeugungsvorrichtungen zur Erzeugung einer Mehrzahl an Energiestrahlen auf. Es ist möglich, dass für die Mehrzahl an Energiestrahlen eine Mehrzahl an Scannervorrichtungen vorgesehen sind. Es ist aber auch möglich, dass die Scannervorrichtung eingerichtet ist, um eine Mehrzahl an Energiestrahlen - insbesondere unabhängig voneinander - auf dem Arbeitsbereich zu verlagern. Insbesondere kann die Scannervorrichtung hierfür eine Mehrzahl an separat ansteuerbaren Scannern, insbesondere Scannerspiegeln, aufweisen.In one embodiment, the beam generating device is set up to generate a plurality of energy beams and/or the manufacturing device has a plurality of beam generating devices for generating a plurality of energy beams. It is possible for a plurality of scanner devices to be provided for the plurality of energy beams. But it is It is also possible for the scanner device to be set up to displace a plurality of energy beams - in particular independently of one another - on the work area. In particular, the scanner device can have a plurality of separately controllable scanners, in particular scanner mirrors, for this purpose.
Die Scannervorrichtung weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf. Die hier vorgeschlagenen Scannervorrichtungen sind in besonderer Weise geeignet, den Energiestrahl innerhalb des Arbeitsbereichs zwischen einer Mehrzahl an Bestrahlungspositionen zu verlagern.The scanner device preferably has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head or processing head that can be displaced relative to the work area. The scanner devices proposed here are particularly suitable for displacing the energy beam within the working area between a plurality of irradiation positions.
Unter einem relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf wird hier insbesondere ein integriertes Bauteil der Fertigungsvorrichtung verstanden, welches mindestens einen Strahlungsauslass für mindestens einen Energiestrahl aufweist, wobei das integrierte Bauteil, das heißt der Arbeitskopf, als Ganzes entlang zumindest einer Verlagerungsrichtung, vorzugsweise entlang zweier senkrecht aufeinander stehenden Verlagerungsrichtungen, relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbar ist. Ein solcher Arbeitskopf kann insbesondere in Portalbauweise ausgebildet sein oder von einem Roboter geführt werden. Insbesondere kann der Arbeitskopf als Roboterhand eines Roboters ausgebildet sein.A working head or processing head that can be displaced relative to the working area is understood here in particular to mean an integrated component of the manufacturing device, which has at least one radiation outlet for at least one energy beam, the integrated component, that is to say the working head, as a whole along at least one direction of displacement, preferably along two perpendicular to one another displacement directions, can be moved relative to the work area. Such a working head can in particular be designed in a portal design or be guided by a robot. In particular, the working head can be designed as a robot hand of a robot.
Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung eine RTC5- oder RTC6-Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.The control device is preferably selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board. In a preferred embodiment, the control device is an RTC5 or RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the embodiment currently available on the date determining the seniority of the present property right.
Bevorzugt ist die Strahlerzeugungsvorrichtung als Laser ausgebildet. Der Energiestrahl wird somit vorteilhaft als intensiver Strahl kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt. Bestrahlung bedeutet insoweit bevorzugt Belichtung.The beam generating device is preferably designed as a laser. The energy beam is thus advantageously generated as an intensive beam of coherent electromagnetic radiation, in particular coherent light. In this respect, irradiation preferably means exposure.
Die Fertigungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintern. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungsvorrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen. Diese Ausgestaltungen der Fertigungsvorrichtung haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.The manufacturing device is preferably set up for selective laser sintering. Alternatively or additionally, the manufacturing device is set up for selective laser melting. These configurations of the manufacturing device have proven to be particularly advantageous.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial mit einem Ausführungsbeispiel einer Planungsvorrichtung, und -
2 eine schematische Darstellung von Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einem Energiestrahl.
-
1 a schematic representation of an exemplary embodiment of a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material with an exemplary embodiment of a planning device, and -
2 a schematic representation of exemplary embodiments of a method for planning a locally selective irradiation of a work area with an energy beam.
Die Fertigungsvorrichtung 1 weist mindestens eine vorzugsweise als Laser ausgebildete Strahlerzeugungsvorrichtung 9 auf, die eingerichtet ist zum Erzeugen mindestens eines Energiestrahls 11, insbesondere eines Laserstrahls, sowie außerdem eine Scannervorrichtung 13, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich 15 lokal selektiv mit dem Energiestrahl 11 zu bestrahlen, um mittels des Energiestrahls 11 das Bauteil 3 aus dem in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterial 5 herzustellen. Es ist möglich, dass die Strahlerzeugungsvorrichtung 9 mehr als einen Energiestrahl 11 erzeugt, oder dass die Fertigungsvorrichtung 1 mehr als eine Strahlerzeugungsvorrichtung 9 zur Erzeugung einer Mehrzahl an Energiestrahlen 11 aufweist. The
Vorzugsweise weist die Fertigungsvorrichtung 1 für jeden Energiestrahl 11 eine separate Scannervorrichtung 13 auf. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist weiterhin eine insbesondere als eine Rechenvorrichtung 8 ausgebildete Steuervorrichtung 17 auf, die mit der Scannervorrichtung 13 und bevorzugt auch mit der Strahlerzeugungsvorrichtung 9 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung 13 und gegebenenfalls die Strahlerzeugungsvorrichtung 9 anzusteuern. Dabei ist die Steuervorrichtung 17 eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden näher beschriebenen Verfahrens zum Planen der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11, kurz auch als Planungsverfahren bezeichnet.The
Insbesondere weist die Steuervorrichtung 17 hierzu die insbesondere als eine weitere Rechenvorrichtung 10 ausgebildete Planungsvorrichtung 7 auf, die entsprechend zur Durchführung des Planungsverfahrens eingerichtet ist. Alternativ ist es möglich, dass die Steuervorrichtung 17 selbst als die Planungsvorrichtung 7 ausgebildet ist. Es ist aber in einer hier nicht dargestellten Ausgestaltung auch möglich, dass das Planungsverfahren auf einer separat zu der Fertigungsvorrichtung 1 vorgesehenen Planungsvorrichtung 7 ausgeführt wird.In particular, the control device 17 has the planning device 7, which is designed in particular as a further computing device 10 and is set up accordingly to carry out the planning method. Alternatively, it is possible that the control device 17 itself is designed as the planning device 7. However, in an embodiment not shown here, it is also possible for the planning process to be based on one Planning device 7 provided separately from the
Die Fertigungsvorrichtung 1 ist insbesondere eingerichtet, um das Bauteil 3 schichtweise aus einer Mehrzahl von in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich 15 angeordneten Pulvermaterialschichten aufzubauen. Hierzu ist der Arbeitsbereich 15, insbesondere in Form eines Pulverbetts, auf einer Bauplattform angeordnet, die im Zuge der Bereitstellung der zeitlich aufeinanderfolgenden Pulvermaterialschichten in dem Arbeitsbereich 15 schrittweise entgegen einer Hochrichtung abgesenkt wird. Das jeweils eine nächste Pulvermaterialschicht bildende Pulvermaterial 5 wird mittels eines insbesondere als Wischer oder Schieber ausgebildeten Beschichtungselements aus dem Bereich eines Vorratszylinders in den Arbeitsbereich 15 gefördert und dort durch das Beschichtungselement geglättet, sodass die jeweils aktuelle Pulvermaterialschicht bereitgestellt wird. Indem sukzessive auf diese Weise das Pulvermaterial 5 Pulvermaterialschicht für Pulvermaterialschicht mittels des Energiestrahls 11 in dem Arbeitsbereich 15 lokal selektiv verfestigt wird, wird das Bauteil 3 Schicht für Schicht, das heißt schichtweise, aufgebaut.The
Im Rahmen eines Verfahrens zum Fertigen des Bauteils 3 aus dem Pulvermaterial 5 wird ein mithilfe des im Folgenden beschriebenen Planungsverfahrens erhaltener Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11 bereitgestellt, und das Bauteil 3 wird gemäß dem bereitgestellten Bestrahlungsplan gefertigt. Der Bestrahlungsplan wird dabei bevorzugt bereitgestellt, indem - insbesondere durch die Planungsvorrichtung 7 - das Planungsverfahren durchgeführt wird.As part of a method for manufacturing the
Im Rahmen des Planungsverfahrens wird für mindestens eine einer Pulvermaterialschicht zugeordnete Querschnittsfläche 19 des Bauteils 3 in einem Ermittlungsschritt anhand von mindestens einem Filigranitätskriterium ermittelt wird, ob die Querschnittsfläche 19 mindestens einen Filigranbereich 21 aufweist. Wenn für die Querschnittsfläche 19 wenigstens ein Filigranbereich 21 ermittelt wird, wird mindestens ein Bestrahlungsparameter für den wenigstens einen Filigranbereich 21 anders gewählt wird als für einen Massivbereich 23 des Bauteils 3. Auf diese Weise wird insbesondere ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit dem Energiestrahl 11 erhalten.As part of the planning process, for at least one
Der mindestens eine Bestrahlungsparameter wird für den Filigranbereich 21 im Verhältnis zu dem Massivbereich 23 insbesondere derart gewählt, dass eine in das Pulvermaterial 5 eingebrachte zeitliche Energiedichte in dem Filigranbereich 21 geringer ist als in dem Massivbereich 23.The at least one irradiation parameter is selected for the
Insbesondere wird der Ermittlungsschritt an einer geometrischen Repräsentation des Bauteils 3, insbesondere einem CAD-Modell, und/oder an einer insbesondere aus der geometrischen Repräsentation des Bauteils 3 erhaltenen Zusammenstellung von Bestrahlungsvektoren 25 durchgeführt.In particular, the determination step is carried out on a geometric representation of the
Das mindestens eine Filigranitätskriterium ist insbesondere ausgewählt aus einer Liste, bestehend aus: Einer Fläche eines untersuchten Teilbereichs der Querschnittsfläche 19 des Bauteils 3, einem Verhältnis von Umfang zu Fläche des untersuchten Teilbereichs, einem Verhältnis einer ersten Ausdehnung des untersuchten Teilbereichs entlang einer ersten kartesischen Koordinate x zur Fläche des untersuchten Teilbereichs, einem Verhältnis einer zweiten Ausdehnung des untersuchten Teilbereichs entlang einer zweiten kartesischen Koordinate y zur Fläche des untersuchten Teilbereichs, einem Verhältnis einer dritten Ausdehnung des untersuchten Teilbereichs entlang einer Diagonale xy zwischen der ersten kartesischen Koordinaten x und der zweiten kartesischen Koordinate y zur Fläche des untersuchten Teilbereichs, einer Länge von Bestrahlungsvektoren 25 in dem untersuchten Teilbereich, einer Anzahl von unmittelbar einander benachbart angeordneten Kurzvektoren 27 - siehe
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numbers in all figures, so that reference is made to the previous description.
Bei a) ist beispielhaft und schematisch ein als Filigranbereich 21 erkannter, untersuchter Teilbereich der Querschnittsfläche 19 dargestellt. Dieser kann insbesondere anhand der reduzierten Länge der Bestrahlungsvektoren 25 in dem Teilbereich erkannt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Teilbereich aber auch anhand einer Anzahl von unmittelbar einander benachbart angeordneten Kurzvektoren 27 erkannt werden. Hierzu ist insbesondere eine vorbestimmte Schwelle für die Anzahl unmittelbar benachbarter Kurzvektoren 27 vorgegeben, bei deren Überschreiten der untersuchte Teilbereich als Filigranbereich 21 erkannt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Teilbereich anhand der geometrischen Lage der Kurzvektoren 27 relativ zu der Bauteilgeometrie des Bauteils 3 erkannt werden, insbesondere daran, dass die Kurzvektoren 27 einzeln unmittelbar zwischen Konturvektoren 35 angeordnet sind, beziehungsweise dass jeweils zwei einander unmittelbar benachbarte Konturvektoren 35 in Beabstandungsrichtung lediglich durch genau einen Kurzvektor 27 voneinander beabstandet sind. Analog beginnt der Filigranbereich 21 bereits an einer Stelle, wo zwei unmittelbar benachbarte Konturvektoren 35 in Beabstandungsrichtung lediglich durch genau einen Bestrahlungsvektor 25, der kein Kurzvektor 27 ist, voneinander beabstandet sind. Insbesondere liegen die Bestrahlungsvektoren 25 zwischen zwei unmittelbar benachbarten Konturvektorzügen 33 von Konturvektoren 35. Alternativ oder zusätzlich kann der Filigranbereich 21 an einer räumlichen Entwicklung der Länge benachbarter Bestrahlungsvektoren 25 entlang mindestens einer durch einen ersten Pfeil P dargestellten Richtung in der der Querschnittsfläche 19 zugeordneten Pulvermaterialschicht erkannt werden, das heißt einem räumlichen Bestrahlungsvektorlängen-Gradient.In a), an examined partial area of the
Bei b) ist ein Bestrahlungsmuster 29 dargestellt, insbesondere in Form einer Mehrzahl von Streifen 41 von Bestrahlungsvektoren 25. Ein Filigranbereich 21 kann insbesondere auch anhand einer geometrischen Lage von Kurzvektoren 27 innerhalb des Bestrahlungsmusters 29 für die der Querschnittsfläche 19 zugeordnete Pulvermaterialschicht erkannt werden, insbesondere als einem Kriterium beispielsweise daran, dass die Kurzvektoren 27 an einem in
Insbesondere ist der mindestens eine Bestrahlungsparameter ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer Wartezeit zwischen der Abarbeitung unmittelbar benachbarter Bestrahlungsvektoren 25, einer Wartezeit zwischen der Abarbeitung benachbarter Gruppen 37 von Bestrahlungsvektoren 25, einer Bestrahlungsreihenfolge der Bestrahlungsvektoren 25, einer Betriebsart des Energiestrahls 11, insbesondere einem gepulsten Betrieb oder Dauerstrichbetrieb, einer Leistung, insbesondere Pulsspitzenleistung oder mittlere Leistung, des Energiestrahls 11, einer Pulsdauer des Energiestrahls 11, einer Pulsfrequenz des Energiestrahls 11, einer geometrischen Lage, insbesondere Ausrichtung, der Bestrahlungsvektoren 25 in der der Querschnittsfläche 19 zugeordneten Pulvermaterialschicht, einer Art der Bestrahlungsvektoren 25, dem Bestrahlungsmuster 29, und einer Verlagerungsgeschwindigkeit des Energiestrahls 11.In particular, the at least one irradiation parameter is selected from a group consisting of: a waiting time between the processing of immediately
Insbesondere wird für einen Filigranbereich 21 zusätzlich geprüft, ob mindestens ein dem Filigranbereich 21 zugeordneter Bestrahlungsvektor 25 ein Überhangvektor 39 ist, wobei der wenigstens eine Bestrahlungsparameter für Überhangvektoren 39 anders gewählt wird als für Bestrahlungsvektoren 25, die keine Überhangvektoren 39 sind.In particular, for a
Im Rahmen eines Verfahrens zum additiven Fertigen des Bauteils 3 aus dem Pulvermaterial 5 wird ein mithilfe des Planungsverfahren erhaltener Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 15 mit einem Energiestrahl 11 bereitgestellt, um das Bauteil 3 mittels des Energiestrahls 11 schichtweise herzustellen. Anschließend wird das Bauteil 3 gemäß dem Bestrahlungsplan gefertigt.As part of a method for the additive manufacturing of the
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102011087374 A1 [0003]DE 102011087374 A1 [0003]
- EP 3520929 A1 [0004]EP 3520929 A1 [0004]
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