WO2018153687A1 - Vorrichtung und verfahren zum kalibrieren eines bestrahlungssystems, das zum herstellen eines dreidimensionalen werkstücks verwendet wird - Google Patents

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calibration structure
irradiation
irradiation system
workpiece
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Andreas Wiesner
Toni Adam Krol
Jan Wilkes
Birk Hoppe
Christiane Thiel
Christopher Stengel
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SLM Solutions Group AG
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for calibrating an irradiation system, wherein the irradiation system is used for producing a three-dimensional workpiece and is included in the device.
  • an initially informal or shape-neutral molding compound for example a raw material powder
  • the irradiation can be effected by means of electromagnetic radiation, for example in the form of laser radiation.
  • the molding compound can initially be present as granules, as a powder or as a liquid molding compound and, as a result of the irradiation, be selectively or, in other words, be solidified in a site-specific manner.
  • the molding compound may comprise, for example, ceramic, metal or plastic materials and also mixtures of materials thereof.
  • a variant of generative layer construction method relates to the so-called powder bed melting, in particular metallic and / or ceramic raw material powder materials are solidified into three-dimensional workpieces.
  • raw material powder material applied in the form of a raw material powder layer on a support and to irradiate selectively and in accordance with the geometry of the currently produced workpiece layer.
  • the laser radiation penetrates into the raw material powder material and solidifies it, for example as a result of heating, which causes melting or sintering. If a workpiece layer is solidified, a new layer of unprocessed raw material powder material is applied to the already produced workpiece layer.
  • known coater arrangements or powder applicators can be used. Subsequently, a renewed
  • the device there comprises a process chamber which comprises a plurality of carriers for the workpieces to be produced.
  • a powder applicator includes a powder reservoir holder which can be moved back and forth over the carriers to apply thereon a raw material powder layer to be irradiated.
  • the process chamber is connected to a protective gas circuit, which comprises a supply line, via which a protective gas can be introduced into the process chamber in order to set a protective gas atmosphere therein.
  • the irradiation system comprises a beam source, in particular a laser source, and an optical unit.
  • the optical unit to which a processing beam emitted by the beam source is made available, comprises a beam expansion unit and a deflection device in the form of a scanner unit.
  • diffractive optical elements are provided in front of a deflecting mirror, wherein the diffractive optical elements are movable into the beam path to divide the processing beam into a plurality of processing sub-beams.
  • the deflecting mirror then serves to deflect the machining part beams.
  • burn-off foils are often used on a support.
  • the raw material to be irradiated powder layers are applied during normal operation of the device.
  • the burn-off sheet is irradiated in accordance with a predetermined pattern, so that a burn-off image of the irradiation pattern is formed on the sheet.
  • the burn-off image is digitized and compared with a digital reference image of the irradiation pattern.
  • the irradiation unit is calibrated to compensate for deviations between the actual burn-off image and the reference image.
  • a burn-off foil is also used to calibrate the webs of a plurality of processing jets, particularly laser beams provided in overlapping zones between adjacent irradiation areas. Such irradiation surfaces and overlapping zones formed therebetween often occur in connection with an irradiation system having a plurality of irradiation units and are described, for example, in EP 2 875 897 B1 or EP 2 862 651 A1.
  • the thickness of a burn-up path introduced into the burn-off foil which is generated when the foil is irradiated, could also be used as an indicator to measure a defocusing of the processing beam.
  • the accuracy and reliability of these measurements are typically too low to use for calibrating the focus of the processing beam. Instead, additional caustic measurements are typically performed for this.
  • the invention accordingly relates to a device for producing a workpiece in layers.
  • the device can be designed to produce the three-dimensional workpiece in the manner of a selective laser sintering.
  • the device comprises a construction space in which the workpiece can be produced by layer-wise selective solidification of raw material powder layers.
  • the installation space can be a three-dimensional virtual space in which raw material powder layers can be arranged in a generally known manner and selectively or, in other words, be solidified in a site-specific manner.
  • the space can be cylindrical and / or rectangular and generally polygonal.
  • the installation space can define a maximum available space in the device in which a workpiece can be produced or, in other words, a workpiece can occupy within the device after production has taken place.
  • this block could, for example, completely fill the space.
  • the installation space can comprise a construction area, which in particular can form a base area of the construction space.
  • the construction area may be defined by a support of the device on which the raw material powder layers can be applied by known powder application devices.
  • the construction area can define a maximum available area on which a workpiece can be produced, and in particular define a maximum producible workpiece outline.
  • the construction area may be opposite to a radiation system explained below.
  • the optional carrier of the device may be provided in a process chamber of the device.
  • This may be a generally fixed carrier or a displaceable carrier, which is displaceable in particular in the vertical direction.
  • the carrier is lowered with increasing number of the produced workpiece layers and preferably in dependence of this number in the vertical direction.
  • the process chamber may be sealable against the ambient atmosphere to provide a controlled atmosphere therein adjust, in particular an inert atmosphere.
  • the raw material powder layer may comprise all of the above-explained raw material powder materials and in particular a powder of a metallic alloy.
  • the powder may have any suitable particle size or particle size distribution. A particle size of the powder of ⁇ 100 ⁇ m is preferred.
  • the application of the raw material powder layer on the support and / or on a raw material powder layer arranged thereon and already irradiated can be carried out via known coater units or powder application apparatus.
  • An example of this can be found in EP 2 818 305 AI.
  • the apparatus further comprises a coating system which is adapted to selectively solidify the raw material powder layers in the construction space by emitting at least one processing beam.
  • the irradiation system can be designed to emit (or to emit) an electromagnetic processing beam, for example in the form of a laser beam.
  • it may comprise suitable processing optics (or generally suitable optical units) and / or beam sources or be connectable to such units.
  • the processing optics can guide the processing beam and / or interact with it in the desired manner.
  • they can comprise objective lenses, in particular an f-theta lens.
  • the irradiation system may further comprise at least one deflection device for directing the emitted processing beam to predetermined regions within the construction space and thus to predetermined regions of the raw material powder layer to be irradiated.
  • the deflection device may comprise at least one so-called scanner unit, which are preferably adjustable by at least two axes.
  • the irradiation system can also comprise a plurality of irradiation units, to each of which predetermined irradiation areas within the installation space can be assigned.
  • These irradiation units can each comprise their own beam sources, processing optics and / or deflection apparatus in a known manner. Alternatively, for example, they can be connected to a common beam source whose emitted processing beam is split and made available to the individual irradiation units.
  • the device further comprises at least one calibration structure. This may be a structure which is set up to interact in a predetermined manner with the irradiation beam of the irradiation system in such a way that this change can be detected by a subsequently explained sensor arrangement. The interaction may in particular include reflections and / or absorption of the processing beam.
  • the device further comprises a sensor arrangement, which is set up to detect an irradiation of the calibration structure by the irradiation system.
  • the sensor arrangement may comprise at least one optical detection unit, for example a camera or an image sensor.
  • a photosensor, a photochip, a photodiode, a CCD sensor, and a CMOS sensor are also mentioned.
  • the sensor arrangement forms part of a known melt pool monitoring system which is used during workpiece production. In other words, during the performance of a calibration operation, the weld pool monitoring system may be used, at least temporarily, to instead detect the exposure of the calibration structure.
  • the above-explained interactions between the processing beam and the calibration structure can be detected by the sensor arrangement.
  • This may relate to the detection of the back reflections of the processing beam (and in particular a time course thereof), when it is directed to the calibration structure and / or sweeps it over.
  • the sensor arrangement can therefore be designed to detect the irradiation of the calibration structure indirectly, as it were, by detecting a back reflection of the radiation emitted by the irradiation system.
  • a detection range of the sensor arrangement can be directed to the calibration structure and / or the installation space or can be selectively directed thereto.
  • the sensor arrangement of a possible construction surface of the space opposite.
  • the sensor arrangement can generally be set up to detect radiation reflected from the surroundings and, in particular, radiation reflected by the calibration structure and to generate signals based thereon. These can be further processed by a control unit of the device.
  • the sensor arrangement can thus generally be configured to detect an intensity of the irradiation in the wavelength range of the processing beam emitted by the irradiation system.
  • a detection range of the sensor assembly may further generally be so be chosen such that it covers at least one irradiable portion of the calibration structure.
  • the sensor arrangement can thus be designed to detect the reflection and / or absorption behavior in the region of the calibration structure. Additionally or alternatively, a distance measurement can be made.
  • the calibration structure can be detectable as an area in which the distance measurement values deviate at least locally from the surroundings, that is, for example, locally increased or reduced.
  • the sensor arrangement can detect any sensor by means of which a surface condition of the calibration structure can be detected, and in particular an interaction of this surface condition with the irradiation by the irradiation system.
  • the detection signals of the sensor arrangement can form detection information of the sensor arrangement in an immediately detected and / or in a further processed state. These can be provided to control devices of the device, in particular for the purpose of calibrating the irradiation system.
  • the apparatus further comprises a control unit which is set up to calibrate the irradiation system based on detection information of the sensor arrangement. Calibrating may include balancing the actually acquired detection information with theoretically expected detection information or, in other words, a target-actual comparison between the detection information. If a deviation is detected in this case, in particular if this deviation exceeds a predetermined tolerance value, it can be concluded that the irradiation of the calibration structure did not take place in the desired manner.
  • the control unit may be configured to deduce from the detection information an unwanted relative set between the irradiation positions, for example, predetermined at a predetermined time on the calibration structure and the actual irradiation positions indicated by the detection information.
  • the determined target / actual deviation can be used to continuously supplement the irradiation system and / or to suitably adapt it in advance to calculating setpoint values for the irradiation system (for example by incorporating suitable correction factors).
  • the detection information may include a time course of the detected radiation and, in particular, make it possible to draw conclusions about a time of a predetermined characteristic change of the detection signals. This change may include a signal hop.
  • a desired course but in particular a desired change of the detection signals at a certain point in time, can be determined in advance.
  • the actual detection information makes it possible to draw conclusions about the actual course and, in particular, an actual change of the detection signals. Based on this, the control unit can then carry out the above-described desired-actual comparison for calibrating the irradiation system.
  • the device is further distinguished by the fact that the calibration structure is arranged outside the installation space.
  • an arrangement of the calibration structure next to the installation space may be mentioned. Accordingly, it can be provided that the calibration structure does not interact directly with the workpiece during the manufacturing process of a workpiece, that is, for example, that it can not be brought into direct contact with it.
  • the calibration structure can enable parallel production of workpieces without having to remove them from the device.
  • the calibration structure may also be generally immobile and / or substantially permanently disposed within the device.
  • the calibration structure may be configured to remain in an unchanged position within the device via a manufacturing process of at least ten workpieces.
  • the inventors have recognized that the calibration solutions known hitherto, and in particular the use of additional calibration plates, require complex manual interventions which mean a long-term interruption of actual workpiece production and which are susceptible to errors.
  • the provision of a calibration structure outside the installation space may allow the calibration structure to be fixed and, in particular, permanently disposable within the device and only selectively irradiated for performing a calibration process.
  • the calibration structure may be sufficient to measure and / or correct the calibration structure prior to delivery of the device or at regular intervals as to its actual position within the device so that it forms a reliable reference within the device. Subsequently, no further manual intervention for calibration may be required.
  • the calibration structure instead, it can remain within the device independent of workpiece production and can only be selectively irradiated. This even makes it possible to perform calibration operations during the manufacturing process of the same workpiece, for example after a predetermined number of workpiece layers have been produced.
  • the calibration structure can be arranged within a process chamber of the device.
  • the process chamber can accommodate the space in a known manner, as well as any powder application device of the device.
  • the protective gas or inert gas atmosphere explained above can be adjustable in the process chamber.
  • the irradiation system and / or the sensor arrangement can furthermore be arranged in a ceiling region of the process chamber or parallel thereto.
  • any construction area may be arranged in or close to a floor of the process chamber and opposite the ceiling area.
  • the arrangement of the calibration structure within the process chamber can in particular be such that the calibration structure extends at least in sections between an inner wall region of the process chamber and the construction space.
  • the inner wall region may comprise a side wall of the process chamber and / or be generally facing the construction space.
  • irradiation of the calibration structure has to be carried out only in a small proximity to the installation space.
  • the irradiation system thus does not have to be formed with a significantly increased deflection spectrum and the construction of the device can be compact overall.
  • the installation space comprises a construction surface, wherein the calibration structure extends along at least one side of the construction surface.
  • the construction area may be designed in accordance with one of the variants explained above and formed, for example, by a surface of a support of the device facing the irradiation system.
  • the construction area is preferably rectangular or circular.
  • the calibration structure may extend parallel to the at least one side of the construction surface, wherein this side may be substantially rectilinear or curved.
  • the calibration structure may further be substantially elongated and may, for example, have a length of more than 5 cm, more than 10 cm or more than 20 cm, which length may be measured in particular along a corresponding side of the construction area.
  • the building area only has to be left slightly by the irradiation system in order to carry out a calibration process.
  • the structure of the device can be compact and the required deflection spectrum of the irradiation system can be kept low.
  • the quality of the calibration can be improved, since the calibration in the immediate vicinity of the actual work area of the irradiation system can be executed and thus the detection signals can have a high significance for the actual processing.
  • the calibration structure may comprise at least two calibration sections which extend along different sides of the construction surface, in particular wherein the different sides of the construction surface extend at an angle to one another.
  • the sides may be opposite sides of the building surface, for example opposite outer peripheral or contour sections. In particular, however, these may be opposite or merging sides (for example running over the corner) of a substantially rectangular building surface.
  • the calibration sections of the calibration structure can, for example, merge into one another and / or be arranged at an angle of approximately 90 ° to one another.
  • Both Kalibrierabitese may also be generally elongated and / or have a length of more than 5 cm, more than 10 cm or more than 20 cm.
  • a calibration of the irradiation system can take place along at least two predetermined axes, wherein these axes may, for example, coincide with the two calibration sections of the calibration structure or run parallel thereto.
  • the device further comprises a bottom region which surrounds the construction surface at least in sections, and wherein the calibration structure is arranged in or parallel to the bottom region.
  • the bottom region may include or be formed by a process chamber bottom.
  • the floor area may define a virtual three-dimensional space including the process chamber floor, wherein the floor area is preferably flat (i.e., has a small extent perpendicular to the process chamber floor).
  • the process chamber floor may be a common floor area of a process chamber, which is an integral part of a process chamber
  • the floor area may completely surround the construction area and / or be arranged generally parallel thereto.
  • the construction area can then by the above-described Lowering any carrier of the device are lowered within or relative to the bottom portion so that it moves away from a surface of the bottom portion.
  • the floor area can form a frame structure for the construction area and, optionally, the irradiation system
  • Arranging the calibration structure in the floor area can generally be understood as arranging on or within the floor area.
  • the calibration structure can therefore be embedded and / or formed within the floor area. Likewise, it may be included on one of the floor area
  • the calibration structure can also be arranged at least partially in or parallel to a side wall region of the process chamber.
  • the sidewall region may in turn be defined as a flat virtual space that is three-dimensional and includes a sidewall of the process chamber.
  • the sidewall region may extend at an angle to the bottom region, for example, substantially orthogonal thereto. In this way, a targeted spacing of the calibration structure from the bottom area can be achieved, but the calibration structure can still be positioned in a suitable manner relative to the sensor arrangement and the irradiation system.
  • the distance to the bottom area means that heavy contamination of the calibration structure by the powder material in the space is less likely, which in turn can have an advantageous effect on the calibration quality.
  • the calibration structure comprises, at least in sections, a material whose absorption behavior with respect to the irradiation of the irradiation system differs from the absorption behavior in the vicinity of the calibration structure.
  • the absorption behavior in the area of the calibration structure can be locally increased or locally reduced, so that stronger or weaker reflections of the radiation emitted by the irradiation system occur. This can in turn be detected by the sensor arrangement.
  • the absorption behavior can relate to light and / or electromagnetic radiation in the wavelength range of the radiation emitted by the irradiation system.
  • the material has an increased absorption behavior relative to the environment, so that a back reflection of the
  • Irradiation in the area of the calibration structure is smaller than in the area of its immediate vicinity.
  • the environment may be provided by the above-described bottom region of the device and have no such material.
  • the material may be formed as a coating, which is applied at least in sections to the calibration structure.
  • the calibration structure may include or form a suitable surface structure that is detectable by the sensor assembly as being different from the environment.
  • the calibration structure comprises at least one increase, wherein the irradiation system is set up to carry out an irradiation of the calibration structure in the region of the increase as part of a calibration process.
  • the increase may be a raised portion compared to the vicinity of the calibration structure, for example a local projection.
  • the calibration structure may further comprise at least one recess, wherein the irradiation system is adapted to carry out in the context of a calibration process, an irradiation of the calibration structure in the region of the recess.
  • the calibration structure When arranged in the bottom region of the device, the calibration structure may be formed as a depression in this bottom region.
  • the recess may generally comprise a recess, an opening, a groove or a hole, which are made, for example, by machining.
  • Reflection behavior of the radiation emitted by the radiation system result. This can in turn be detected by the sensor arrangement.
  • the material for influencing the absorption behavior is arranged near or in a transition region between the depression and / or elevation and the surroundings of the calibration structure.
  • the depression and / or elevation may further comprise at least one edge, preferably at an upper edge and / or in a transition region to the surroundings of the calibration structure.
  • the edge may be comprised of or form a region of a sharp-edged region of the depression and / or elevation. It may be the transition between the environment and the depression and / or increase, which is sharp-edged or only slightly rounded.
  • the edge may be bounded by a surface of the environment, for example in the form of a bottom area surface, and by an inner wall of the recess and / or outer wall of the elevation angled away from this surface.
  • This inner or outer wall may extend substantially orthogonal to said surface.
  • the depression and / or elevation may thus generally be configured in a substantially step-shaped manner.
  • the depression and / or elevation comprises a main section which extends substantially along the construction surface, and the depression and / or elevation further comprises at least one secondary section which extends at an angle to the main section.
  • the main portion may extend along one side of the building surface in the manner described above, for example along one side of a rectangular building surface.
  • the main section can also have an angled course, that is, for example, extend along a corner region of the construction area and at least partially surround it.
  • the main portion may be generally elongated and, for example, have a length of more than 5 cm, more than 10 cm or more than 20 cm.
  • the secondary section may have a shorter length compared to the main section, for example a length of less than 10 cm or less than 5 cm.
  • the minor portion may extend along an axis which is at an angle to a longitudinal axis of the main portion, for example at an angle of more than 45 ° and in particular substantially orthogonal to the longitudinal axis.
  • the minor portion and the major portion may thus substantially define a cross shape.
  • a first main irradiation axis along which irradiation is performed may extend parallel to the main portion.
  • a second skin irradiation axis which extends at an angle to the first skin irradiation axis and preferably orthogonal thereto, may extend parallel to the subsections.
  • a calibration along the second main irradiation axis can thus be carried out along various positions of the first main irradiation axis by traversing a corresponding secondary section. As a result, the overall robustness and validity of the calibration can be increased.
  • a plurality of secondary sections are provided, which are preferably arranged at regular intervals along the main section.
  • more than two, more than four, more than six or more than eight side sections may be provided along the main section, spaced for example by about 2 to about 10 cm from one another along a longitudinal axis of the main section.
  • a development provides that the sensor arrangement is designed to detect the entry and / or exit of the processing beam into or out of the depression and / or wherein the sensor arrangement is designed to detect the reaching and / or leaving the elevation , This can be ascertained via the above-described changing of the reflection behavior of the irradiation during a sweep of the depression or the increase.
  • the sensor arrangement can be set up to detect an at least temporary reduction and / or an at least temporary increase in the reflected radiation, if it is directed to the region of the depression or elevation as part of a calibration process, and preferably also carries out a predetermined movement within this region , Reducing the reflected radiation (and / or detecting an increased distance value) may indicate entry into the well, whereas increasing the reflected radiation (and / or detecting a smaller distance) may indicate leakage from the well. In the same sense, increasing the reflected radiation (and / or detecting a smaller distance value) may indicate achievement of the increase, whereas decreasing the reflected radiation (and / or detecting an increased distance value) may be indicative of leaving the elevation.
  • the irradiation system can also be designed to emit a processing beam having a non-solidification-effective power, at least during a calibration process.
  • the power and / or intensity of the processing beam during the calibration process may be reduced from a power used to produce a workpiece from the raw material powder layers.
  • the power of the machining beam during the calibration process can not be more than 10%, not more than 5% or not more than 1% of the solidification effective power.
  • the detection range of the sensor arrangement can be adapted specifically to this power spectrum and / or the associated intensity spectrum of any back reflections from the calibration structure, so that a risk of error detection during the calibration process is reduced.
  • beam traps or beam splitters can be selectively arranged in the beam path of the processing beam. These can include, for example, gray filters to the
  • the invention further relates to a method for calibrating an irradiation system of a device for producing a three-dimensional workpiece in layers, wherein the device in particular according to one of the preceding
  • Irradiating a calibration structure outside a construction space wherein the irradiation is effected by means of an irradiation system and the workpiece can be produced in the construction space by selective solidification of raw material powder layers;
  • the method further includes any further steps and features to provide all of the above or below mentioned effects and interactions.
  • the method may include a step of arranging the calibration structure relative to a building surface according to any one of the preceding or US Pat include the following variants.
  • the method may comprise irradiating the calibration structure by guiding a processing beam of the irradiation system along a predetermined path.
  • the method may comprise steps for evaluating the acquired acquisition information, wherein the evaluation may comprise any of the variants discussed above or below for determining predetermined changes.
  • the step of detecting the irradiation of the calibration structure may include a step of detecting back reflections generated thereby, and more particularly detecting a time course thereof.
  • the evaluation can then refer to the determination of predetermined changes in this time course, for example, to determine the achievement and / or leaving the calibration.
  • the step of calibrating may include performing a target-is-comparison as discussed above.
  • Figure 1 is a view of a device according to the invention, which carries out a method according to the invention
  • FIG. 2 shows a perspective view of a process chamber of the device from FIG. 1;
  • 3a, 3b schematic representations of the detection process and the time course of the detection signals in the apparatus of Figure 1.
  • FIG. 1 shows a device 10 which is designed to carry out a method according to the invention for the generative production of three-dimensional workpieces from a metallic powder bed. More specifically, the method relates to a so-called selective laser melting (SLM) manufacturing process.
  • the device 10 comprises a process chamber 12.
  • the process chamber 12 is sealable against the ambient atmosphere, so that an inert gas atmosphere can be set therein.
  • a powder application device 14, which is arranged in the process chamber 12, deposits raw material powder layers on a carrier 16.
  • the carrier 16 is adapted to in a vertical direction to be relocated.
  • the carrier 16 can be lowered in the vertical direction.
  • the device 10 further comprises an irradiation system 20 for selectively and location-specifically directing a plurality of laser beams 24a, b onto the raw material powder layers on the carrier 16. More specifically, the raw material powder material can be exposed by means of the irradiation system 20 in accordance with a geometry of a workpiece layer to be produced laser radiation and thus locally melted and solidified. The irradiation of the raw material powder layers by the irradiation system 20 is controlled by a control unit 26.
  • the irradiation system comprises two irradiation units 22a, b, which together can irradiate the raw material powder material.
  • the irradiation system comprises two irradiation units 22a, b, which together can irradiate the raw material powder material.
  • Each of the irradiation units 22a, b shown is coupled to a common laser beam source.
  • the laser beam emitted by this laser beam source may be split and / or deflected by suitable means, such as beam splitters and / or mirrors, to guide the laser beam to the individual irradiation units 22a, b.
  • suitable means such as beam splitters and / or mirrors
  • a suitable laser beam source may be provided in the form of a diode-pumped ytterbium fiber laser having a wavelength of about 1070 to 1080 nm.
  • Each of the irradiation units 22a, b further includes a processing beam optics to interact with the provided laser beam.
  • the processing optics each comprise a deflection device in the form of a scanner unit, which can flexibly position the focal point of the laser beam 24a, b respectively emitted in the direction of the carrier 16 within an irradiation plane extending parallel to the carrier 16.
  • the surface of the carrier 16 facing the irradiation system 20 forms a construction surface 28, which has a maximum possible base area or, in other words, defines a maximum producible cross-sectional area of the workpiece.
  • the construction area 28 is generally rectangular.
  • a position of the construction surface 28 within the process chamber 12 is further variable in accordance with a lowering of the carrier 16.
  • the construction surface 28 further forms the base of a three-dimensional virtual construction space 30 of the device 10, in which the workpiece can be produced. Due to the described movement of the construction surface 28 of the space 30 is generally cylindrical with a correspondingly rectangular base. An extension of the installation space 30 is also indicated by dashed lines in FIGS. 1 and 2.
  • a sensor arrangement 25 is schematically indicated in FIG. 1, which can detect back reflections of the laser beams 24a, b from the building surface 28 and the surroundings.
  • the sensor arrangement 25 is likewise connected to the control unit 26 of the device 10. It should be noted that the illustrated positioning of the sensor assembly 25 is merely exemplary. In particular, if the sensor arrangement 25 is designed as a component of an existing melt pool monitoring system, it can rather be integrated into the beam path of the irradiation system 20 or at least interact directly with it. Hierdruch a so-called "in-line" measurement of the back-reflected radiation can be made.
  • the process chamber 12 is shown in perspective, wherein the powder applicator 14 is omitted. It recognizes again the carrier 16, which forms the building surface 28.
  • the space 30 is in turn defined as a cylinder with a rectangular base.
  • the irradiation system 20 is indicated in FIG. 2 as a purely schematic rectangle and is generally designed to selectively irradiate the raw material powder material layer within the building surface 28.
  • FIG. 2 additionally shows gas outlet 32, which forms a known component of a process gas cycle (not shown) of device 10, in order to set a protective gas atmosphere within process chamber 12.
  • the process chamber 12 comprises a bottom region 34. This is generally planar and extends parallel to the building surface 28.
  • the floor area 34 is formed by a conventional bottom plate of the device 10, which is connected to a machine frame, not shown, and which is generally opposite the irradiation system 20.
  • a surface of the bottom portion 34 is further aligned with the build surface 28.
  • the bottom portion 34 as a whole forms a frame structure around the build surface 28.
  • a calibration structure 36 comprising two calibration sections 37. These are formed as depressions within the bottom region 34 and, more precisely, as elongated recesses produced by machining. This is illustrated by the enlarged partial view B in FIG. 2, which shows an end section of one of the calibration sections 37. It is also conceivable to provide a calibration structure 36 with only one such calibration section 37.
  • the calibration sections 37 each comprise a main section 38 which extends along a longitudinal axis LI, L2.
  • the calibration sections 37 or, in other words, their main sections 38 are furthermore arranged essentially orthogonal to one another.
  • the main sections 38 extend along and parallel to different lateral areas of the rectangular building surface 28. This relates to a first side 40 and a second side 42 of the rectangular building surface 28, which are orthogonal to one another.
  • FIG. 2 also shows that these are arranged between an inner side wall region of the process chamber 12 and the construction surface 28 facing the construction surface 28 they only have a small distance of a few centimeters to the building surface 28.
  • FIG. 2 also shows that each of the calibration sections 37 comprises a plurality of secondary sections 44 which are distributed at regular intervals along the main sections 38.
  • each calibration section 37 comprises more than six such secondary sections 44.
  • the secondary sections 44 are likewise formed in the form of recesses and extend orthogonally to the main section 38, the secondary sections 44 being divided centrally by the respective longitudinal axes LI, L2 of the main sections.
  • the secondary sections 44 thus form recessed sections extending transversely to the main sections 38, so that the calibration sections 37 are each composed of individual cross-shaped recessed areas along their respective longitudinal axes L1, L2.
  • the control unit 26 causes the irradiation system 20 to direct a machining beam in the form of one of the laser beams 24a, b of FIG. 1 in accordance with a predetermined movement path to at least one of the calibration sections 37.
  • the machining beam provided during calibration with a deliberately reduced and non-solidifying power may first be directed to a surface of the bottom portion 34 surrounding the calibration structure 36 and then moved toward one of the calibration portions 37.
  • the sensor arrangement 25 can detect in parallel the back reflections of the radiation from the bottom area 34 and / or the calibration structure 36.
  • the intensity of the back reflections detected by the sensor arrangement changes.
  • this is further supported by the fact that the side and bottom walls of the calibrating sections 37 are each coated with a material which at least partially absorbs the laser radiation.
  • the absorption of the laser radiation by this material is also stronger than the absorption which occurs at the surface of the bottom region 34 surrounding the calibrating sections 37.
  • FIGS. 3a, b A time profile of the signals detected by the sensor arrangement 25 is shown in FIGS. 3a, b.
  • FIG. 3 a shows a situation in which a laser beam 24 a, b emitted by the irradiation system 20 first enters one of the secondary sections 44 of one of the calibration sections 37.
  • a movement path P at which this occurs is also indicated in FIG.
  • the calibration sections 37 form stepped depressions within the bottom region 34 and thus comprise sharp-edged transitions in the form of edges 45.
  • FIG. 3b shows a time profile of a sensor signal of the sensor arrangement 25 during this process, wherein the sensor signal is shown by way of example as a sensor voltage V.
  • the sensor signal is shown by way of example as a sensor voltage V.
  • the laser beam 24a, b is moved along the flat surface of the bottom portion 34, so that its Back reflection does not change.
  • the sensor signal of the sensor arrangement 25 is therefore essentially constant in the time period t0 to t1.
  • the laser beam 24 a, b enters the secondary section 44 forming a depression, so that its retro-reflective behavior changes abruptly and decreases abruptly in the example shown. This is also reflected in a change in the sensor signal at this time.
  • a reversed change in the sensor signal occurs when the laser beam 24a, b at the time t2 again exits the secondary section 44.
  • the sensor signal is substantially constant, albeit at different voltage levels.
  • control unit 26 derives from the sensor signal of the sensor arrangement 25 the entry time t 1 as well as the exit time t 2 from a swept area (here: secondary section 44)
  • Calibration structure 36 can determine. Likewise, the parameters of the irradiation system 20 can be determined at this time, for example a current deflection position of the processing beam at the respective times. Since the position and extent of the calibration structure 36 and in particular of their individual calibration sections 37 within the device 10 are known and generally invariable, it can thus be checked whether the determined times t1, t2 are expected target points in time for certain predetermined irradiation parameters
  • control unit 26 can then perform a desired-actual comparison between the predetermined and the actually determined irradiation behavior and calibrate the irradiation system 20 based thereon in order to compensate for an optionally determined desired-actual deviation.
  • Such a deviation which indicates, for example, too early or too late entry into or out of the calibration sections 37, may indicate that a deflection of the processing beam does not take place in the desired manner and / or that a disregarded relative set between the irradiation system 20 and the calibration structure 36 is present.
  • Such a Relatiwersatz then also relates to a Relatiwersatz between the irradiation system 20th and the build surface 28, since the relative position of the build surface 28 and the calibration structure 36 can be presumed to be known and constant with sufficient accuracy. This offset can be achieved by calibrating the
  • Irradiation system 20 are compensated, for example, by an adjusted readjustment of the deflection of the processing beam and / or by the precalculation of appropriately adjusted control signals for the irradiation system 20th
  • the irradiation system 20 can thus be reliably calibrated relative to the build surface 28.
  • the plurality of secondary sections 44 thereby enables calibration in a plurality of predetermined positions along the corresponding sides of the building surface 28.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks, umfassend: einen Bauraum (30), in dem das Werkstück durch selektives Verfestigen von Rohmaterialpulverschichten herstellbar ist; ein Bestrahlungssystem (20), das dazu eingerichtet ist, die Rohmaterialpulverschichten in dem Bauraum (30) durch Aussenden eines Bearbeitungsstrahls selektiv zu verfestigen; wenigstens eine Kalibrierstruktur (36); eine Sensoranordnung (25), die dazu eingerichtet ist, ein Bestrahlen der Kalibrierstruktur (36) durch das Bestrahlungssystem (20) zu erfassen; und eine Steuereinheit (26), die dazu eingerichtet ist, das Bestrahlungssystem (20) basierend auf Erfassungsinformationen der Sensoranordnung zu kalibrieren, wobei die Kalibrierstruktur (36) außerhalb des Bauraums (30) angeordnet ist. Ferner betrifft Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems einer Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems, das zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks verwendet wird
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems, wobei das Bestrahlungssystem zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks verwendet wird und von der Vorrichtung umfasst ist.
Bei generativen Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Werkstücke und insbesondere bei generativen Schichtbauverfahren ist es bekannt, eine zunächst formlose oder formneutrale Formmasse (zum Beispiel ein Rohstoffpulver) durch ortsspezifisches Bestrahlen zu verfestigen und dadurch in eine gewünschte Form zu bringen. Das Bestrahlen kann mittels elektromagnetischer Strahlung erfolgen, beispielsweise in Form von Laserstrahlung. In einem Ausgangszustand kann die Formmasse zunächst als Granulat, als Pulver oder als flüssige Formmasse vorliegen und infolge der Bestrahlung selektiv oder, anders ausgedrückt, ortsspezifisch verfestigt werden. Die Formmasse kann zum Beispiel Keramik-, Metall- oder Kunststoffmaterialien umfassen und auch Materialgemische hieraus. Eine Variante von generativen Schichtbauverfahren betrifft das sogenannte Pulverbettschmelzen, bei dem insbesondere metallische und/oder keramische Rohstoffpulvermaterialien zu dreidimensionalen Werkstücken verfestigt werden.
Zum Herstellen einzelner Werkstückschichten ist es ferner bekannt, dass Rohstoff- pulvermaterial in Form einer Rohstoffpulverschicht auf einen Träger aufzubringen und selektiv sowie nach Maßgabe der Geometrie der aktuell herzustellenden Werkstückschicht zu bestrahlen. Die Laserstrahlung dringt in das Rohstoffpulvermaterial ein und verfestigt dieses, beispielsweise in Folge eines Erhitzens, was ein Schmelzen oder Sintern verursacht. Ist eine Werkstückschicht verfestigt, wird eine neue Schicht von unverarbeitetem Rohstoffpulvermaterial auf die bereits hergestellte Werkstückschicht aufgebracht. Hierzu können bekannte Beschichteranordnungen oder Pulverauftragsvorrichtungen verwendet werden. Anschließend erfolgt eine erneute
Bestrahlung der nun obersten und noch unverarbeiteten Rohstoffpulverschicht. Folglich wird das Werkstück sukzessive Schicht für Schicht aufgebaut, wobei jede Schicht eine Querschnittsfläche und/oder eine Kontur des Werkstücks definiert. In diesem Zusammenhang ist es ferner bekannt, auf CAD- oder vergleichbare Werkstückdaten zurückzugreifen, um die Werkstücke im Wesentlichen automatisch herzustellen. Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung findet sich in der EP 1 793 979 Bl. Die dortige Vorrichtung umfasst eine Prozesskammer, die eine Mehrzahl von Trägern für die herzustellenden Werkstücke umfasst. Eine Pulverauftragsvorrichtung umfasst eine Pulverreservoirhalter, der vor und zurück über die Träger bewegt werden kann, um darauf eine zu bestrahlende Rohstoffpulverschicht aufzutragen. Die Prozesskammer ist mit einem Schutzgaskreislauf verbunden, der eine Zuführleitung umfasst, über die ein Schutzgas in die Prozesskammer einleitbar ist, um darin eine Schutzgasatmosphäre einzustellen.
Ein Bestrahlungssystem, das zum Beispiel in einer Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Werkstücke durch Bestrahlen von Rohstoffpulvermaterialien verwendbar ist, wird in der EP 2 335 848 Bl beschrieben. Das Bestrahlungssystem umfasst eine Strahlquelle, insbesondere eine Laserquelle, und eine optische Einheit. Die optische Einheit, der ein von der Strahlquelle ausgesandter Bearbeitungsstrahl zur Verfügung gestellt wird, umfasst eine Strahlenaufweiteinheit und eine Ablenkvorrichtung in Form einer Scannereinheit. Innerhalb der Scannereinheit sind diffraktive optische Elemente vor einem Ablenkspiegel vorgesehen, wobei die diffraktiven optischen Elemente in den Strahlenweg bewegbar sind, um den Bearbeitungsstrahl in eine Mehrzahl von Bearbeitungsteilstrahlen aufzuteilen. Der Ablenkspiegel dient dann zum Ablenken der Bearbeitungsteilstrahlen.
Es versteht sich, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung sämtliche der vorstehend erläuterten Aspekte ebenfalls vorgesehen sein können.
Zum Kalibrieren derartiger Bestrahlungssysteme und insbesondere derartiger optischer Einheiten, die in einer Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen dreidimensionaler Werkstücke durch Bestrahlen von Rohstoffpulvermaterialien verwendet werden, werden oftmals sogenannte Abbrennfolien auf einem Träger verwendet. Auf diesem Träger werden während des normalen Betriebs der Vorrichtung die zu bestrahlenden Rohstoff pulverschichten aufgetragen. Die Abbrennfolie wird gemäß eines vorbestimmten Musters bestrahlt, so dass ein Abbrennbild des Bestrahlungsmusters auf der Folie entsteht. Das Abbrennbild wird digitalisiert und mit einem digitalen Referenzbild des Bestrahlungsmusters verglichen. Basierend auf dem Resultat des Vergleichs zwischen dem digitalisierten Abbrennbild und dem Referenzbild, wird die Bestrahlungseinheit kalibriert, um Abweichungen zwischen dem tatsächlichen Abbrennbild und dem Referenzbild auszugleichen. Eine Abbrennfolie wird auch dazu verwendet, um die Bahnen einer Mehrzahl von Bearbeitungsstrahlen zu kalibrieren, insbesondere von Laserstrahlen, die in Überlappungszonen zwischen benachbarten Bestrahlungsflächen bereitgestellt werden. Derartige Bestrahlungsflächen sowie dazwischen gebildete Überlappungszonen treten oftmals in Zusammenhang mit einem Bestrahlungssystem mit mehreren Bestrahlungseinheiten auf und werden zum Beispiel in der EP 2 875 897 Bl oder EP 2 862 651 AI.
Im Prinzip könnte die Dicke eines in die Abbrennfolie eingebrachten Abbrennpfades, der beim Bestrahlen der Folie erzeugt wird, auch als ein Indikator verwendet werden, um eine Defokussierung des Bearbeitungsstrahls zu messen. Die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit dieser Messungen sind aber in der Regel zu niedrig, um diese zum Kalibrieren der Fokussierung des Bearbeitungsstrahls zu verwenden. Stattdessen werden hierfür typischerweise zusätzliche Kaustikmessungen durchgeführt.
Ferner sind zum Kalibrieren von Bestrahlungssystemen, die in Vorrichtungen zum schichtweisen Herstellen dreidimensionaler Werkstücke verwendet werden, Lösungen bekannt, bei denen vor einem jeden Kalibriervorgang Kalibrierplatten oder andere besonders ausgestaltete Kalibrierelemente auf oder parallel zu einer Baufläche der Vorrichtung angeordnet werden. Diese Kalibrierplatten werden dann von dem Bestrahlungssystem bestrahlt und die dabei entstehenden Reflexionen werden erfasst, um auf etwaige Soll-Ist-Abweichungen zu schließen. Darauf basierend kann dann das Bestrahlungssystem kalibriert werden. Beispiele hierfür finden sich in der EP 1 048 441 AI und in der DE 10 2009 016 585 AI. Diese Lösungen erfordern jedoch eine hohe manuelle Präzision beim Anordnen der Kalibrierplatten und sind vergleichsweise zeitintensiv. Die Erfinder haben erkannt, dass sich ein weiterer Nachteil bei diesen Lösungen dahingehend ergibt, dass eine Kalibrierung nicht unter einem lediglich temporären Unterbrechen oder auch parallel zu einem Herstellungsprozess stattfinden kann. Stattdessen muss der Bauraum bei diesen Lösungen zum Anordnen der Kalibrierplatten frei verfügbar sein. Folglich darf der Bauraum nicht durch ein zumindest teilweise hergestelltes Werkstück belegt sein und es muss streng zwischen den Durchführen eines Herstellungsprozesses und dem Durchführen eines Kalibriervorgangs unterschieden werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lösung zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems bereitzustellen, das zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Produkts verwendbar ist, wobei diese Lösung einen einfachen aber präzisen Kalib- rierprozess ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
Die Erfindung betrifft demnach eine Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines Werkstücks. Die Vorrichtung kann dazu ausgebildet sein, das dreidimensionale Werkstück nach Art eines selektiven Lasersinterns herzustellen. Die Vorrichtung umfasst einen Bauraum, in dem das Werkstück durch schichtweises selektives Verfestigen von Rohmaterialpulverschichten herstellbar ist. Bei dem Bauraum kann es sich um einen dreidimensionalen virtuellen Raum handeln, in dem Rohmaterialpulverschichten in allgemein bekannter Weise anordenbar und selektiv oder, anders ausgedrückt, ortsspezifisch verfestigbar sind. Der Bauraum kann zylindrisch und/oder rechteckig sowie allgemein vieleckig sein.
Allgemein kann der Bauraum einen maximal verfügbaren Raum in der Vorrichtung definieren, in dem ein Werkstück herstellbar ist oder, mit anderen Worten, den ein Werkstück nach erfolgter Herstellung innerhalb der Vorrichtung einnehmen kann. In dem theoretischen Fall, dass das Werkstück als massiver Block ausgebildet werden würde, könnte dieser Block zum Beispiel den Bauraum vollständig ausfüllen.
Wie nachstehend erläutert, kann der Bauraum eine Baufläche umfassen, die insbesondere eine Grundfläche des Bauraums bilden kann. Die Baufläche kann durch einen Träger der Vorrichtung definiert sein, auf dem die Rohmaterialpulverschichten durch bekannte Pulverauftragsvorrichtungen aufbringbar sind. Die Baufläche kann eine maximal verfügbare Fläche definieren, auf der ein Werkstück herstellbar ist, und insbesondere einen maximal herstellbaren Werkstückgrundriss definieren. Ferner kann die Baufläche einem nachfolgend erläuterten Bestrahlungssystem gegenüberliegen. Insgesamt kann somit ein bekannter zyklischer Ablauf aus Aufbringen von Rohmaterialpulverschichten, selektivem Verfestigen, und erneutem Aufbringen einer weiteren Rohmaterialpulverschicht realisiert werden, um das Werkstück schichtweise aufzubauen.
Im Detail kann der optionale Träger der Vorrichtung in einer Prozesskammer der Vorrichtung bereitgestellt sein. Dabei kann es sich um einen allgemein feststehenden Träger oder aber einen verlagerbaren Träger handeln, der insbesondere in der vertikalen Richtung verlagerbar ist. Gemäß einer Variante wird der Träger mit zunehmender Anzahl der hergestellten Werkstückschichten und vorzugsweise in Abhängigkeit dieser Anzahl in der vertikalen Richtung abgesenkt. Die Prozesskammer kann gegen die Umgebungsatmosphäre abdichtbar sein, um eine kontrollierte Atmosphäre darin einzustellen, insbesondere eine Inertatmosphäre. Die Rohstoffpulverschicht kann sämtliche der vorstehend erläuterten Rohstoffpulvermaterialien und insbesondere ein Pulver aus einer metallischen Legierung umfassen. Das Pulver kann jegliche geeignete Partikelgröße oder Partikelgrößenverteilung aufweisen. Bevorzugt wird eine Partikelgröße des Pulvers von <100 μηι.
Wie erwähnt, kann das Auftragen der Rohstoffpulverschicht auf dem Träger und/oder auf einer darauf angeordneten und bereits bestrahlten Rohstoffpulverschicht kann über bekannte Beschichtereinheiten oder Pulverauftragsvorrichtung erfolgen. Ein Beispiel hierzu findet sich in der EP 2 818 305 AI.
Die Vorrichtung umfasst ferner ein Bestra h I u ngssystem, das dazu eingerichtet ist, die Rohmaterialpulverschichten in dem Bauraum durch Aussenden wenigstens eines Bearbeitungsstrahls selektiv zu verfestigen. Das Bestrahlungssystem kann dazu ausgebildet sein, einen elektromagnetischen Bearbeitungsstrahl zum Beispiel in Form eines Laserstrahls auszusenden (beziehungsweise zu emittieren). Hierzu kann es geeignete Bearbeitungsoptiken (oder allgemein geeignete optische Einheiten) und/oder Strahlquellen umfassen oder an derartige Einheiten anschließbar sein. Die Bearbeitungsoptiken können den Bearbeitungsstrahl führen und/oder hiermit in gewünschter Weise wechselwirken. Hierfür können sie Objektivlinsen umfassen, insbesondere eine f-Theta-Linse.
Das Bestrahlungssystem kann ferner wenigstens eine Ablenkvorrichtung umfassen, um den emittierten Bearbeitungsstrahl auf vorbestimmte Bereiche innerhalb des Bauraums und somit auf vorbestimmte Bereiche der zu bestrahlende Rohstoffpulverschicht zu richten. Die Ablenkvorrichtung kann wenigstens eine sogenannte Scannereinheit umfassen, welche vorzugsweise um wenigstens zwei Achsen verstellbar sind.
Das Bestrahlungssystem kann auch mehrere Bestrahlungseinheiten umfassen, denen jeweils vorbestimmte Bestrahlungsbereiche innerhalb des Bauraums zugeordnet werden können. Diese Bestrahlungseinheiten können in bekannter Weise jeweils eigene Strahlquellen, Bearbeitungsoptiken und/oder Ablenkvorrichtung umfassen. Alternativ können sie zum Beispiel an eine gemeinsame Strahlquelle anschließbar sein, deren emittierter Bearbeitungsstrahl aufgeteilt und den einzelnen Bestrahlungseinheiten zur Verfügung gestellt wird. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung ferner wenigstens eine Kalibrierstruktur. Dabei kann es sich um eine Struktur handeln, die dazu eingerichtet ist, mit dem Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems in vorbestimmter Weise derart zu wechselwirken, dass dieses Wechsel wirken durch eine nachfolgend erläuterte Sensoranordnung erfassbar ist. Das Wechsel wirken kann insbesondere Reflexionen und/oder Absorption des Bearbeitungsstrahls einschließen.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Sensoranordnung, die dazu eingerichtet ist, ein Bestrahlen der Kalibrierstruktur durch das Bestrahlungssystem zu erfassen. Hierzu kann die Sensoranordnung wenigstens eine optische Erfassungseinheit umfassen, zum Beispiel eine Kamera oder einen Bildsensor. Als konkrete Beispiele seien ferner ein Fotosensor, ein Fotochip, eine Fotodiode, ein CCD-Sensor und ein CMOS-Sensor genannt. Gemäß einer Variante bildet die Sensoranordnung einen Bestandteil eines bekannten Schmelzbadüberwachungssystems, das während der Werkstückherstellung verwendet wird. Anders ausgedrückt kann das Schmelzbadüberwachungssystems während des Durchführens eines Kalibriervorgangs zumindest temporär dazu verwendet werden, stattdessen das Bestrahlen der Kalibrierstruktur zu erfassen.
Allgemein können insbesondere die vorstehend erläuterten Wechselwirkungen zwischen dem Bearbeitungsstrahl und der Kalibrierstruktur von der Sensoranordnung erfasst werden. Dies kann das Erfassen der Rückreflexionen des Bearbeitungsstrahls betreffen (und insbesondere eines zeitlichen Verlaufs hiervon), wenn dieser auf die Kalibrierstruktur gerichtet wird und/oder diese überstreicht. Die Sensoranordnung kann also dazu ausgebildet sein, das Bestrahlen der Kalibrierstruktur sozusagen indirekt durch Erfassen einer Rückreflexion der von dem Bestrahlungssystem ausgesandten Bestrahlung zu erfassen. Ein Erfassungsbereich der Sensoranordnung kann hierfür auf die Kalibrierstruktur und/oder den Bauraum gerichtet oder selektiv darauf richtbar sein. Ebenso kann die Sensoranordnung einer etwaigen Baufläche des Bauraums gegenüberliegen.
Die Sensoranordnung kann allgemein dazu eingerichtet sein, aus der Umgebung reflektierte Strahlung und insbesondere von der Kalibrierstruktur reflektierte Strahlung zu erfassen und darauf basierend Signale zu erzeugen. Diese können durch eine Steuereinheit der Vorrichtung weiter verarbeitet werden. Die Sensoranordnung kann somit allgemein dazu ausgebildet sein, eine Intensität der Bestrahlung im Wellenlängenbereich des von dem Bestrahlungssystem ausgesandten Bearbeitungsstrahls zu erfassen. Ein Erfassungsbereich der Sensoranordnung kann ferner allgemein derart gewählt sein, dass dieser zumindest einen bestrahlbaren Anteil der Kalibrierstruktur abdeckt.
Übergeordnet kann die Sensoranordnung somit dazu ausgebildet sein, das Reflekti- ons- und/oder Absorptionsverhalten im Bereich der Kalibrierstruktur zu erfassen. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Abstandsmessung vorgenommen werden. Dabei kann die Kalibrierstruktur als ein Bereich erfassbar sein, in dem die Abstands- messwerte zumindest lokal von der Umgebung abweichen, also beispielsweise lokal erhöht oder verringert werden. Prinzipiell kann die Sensoranordnung jegliche Senso- rik erfassen, mittels der eine Oberflächenbeschaffenheit der Kalibrierstruktur erfassbar ist und insbesondere eine Wechselwirkung dieser Oberflächenbeschaffenheit mit der Bestrahlung durch das Bestrahlungssystem.
Die Erfassungssignale der Sensoranordnung können in einem unmittelbar erfassten und/oder in einem weiter verarbeiteten Zustand Erfassungsinformationen der Sensoranordnung bilden. Diese können Steuereinheiten der Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, insbesondere zwecks Kalibrieren des Bestrahlungssystems.
Konkret umfasst die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, das Bestrahlungssystem basierend auf Erfassungsinformationen der Sensoranordnung zu kalibrieren. Das Kalibrieren kann ein Abgleichen der tatsächlich erfassten Erfassungsinformationen mit theoretisch erwarteten Erfassungsinformationen umfassen oder, anders ausgedrückt, ein Soll-Ist-Vergleich zwischen den Erfassungsinformationen. Wird hierbei eine Abweichung festgestellt, insbesondere wenn diese Abweichung einen vorbestimmten Toleranzwert übersteigt, kann darauf geschlossen werden, dass das Bestrahlen der Kalibrierstruktur nicht in der gewünschten Weise erfolgt ist. Insbesondere kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, aus den Erfassungsinformationen auf einen ungewünschten Relatiwersatz zwischen den zum Beispiel zu einem vorbestimmten Zeitpunkt vorgegebenen Bestrahlungspositionen auf der Kalibrierstruktur und den durch die Erfassungsinformationen angezeigten tatsächlich eingenommenen Bestrahlungspositionen zu schließen. Dieser Relatiwersatz oder, anders ausgedrückt, diese Soll-Ist-Abweichung kann dann in bekannter Weise verwendet werden, um das Bestrahlungssystem zu kalibrieren. Beispielsweise kann die festgestellte Soll-Ist-Abweichung verwendet werden, um das Bestrahlungssystem fortlaufend nachzuregein und/oder um das Berechnen von Sollwerten für das Bestrahlungssystem vorab geeignet anzupassen (zum Beispiel durch Einbeziehen geeigneter Korrekturfaktoren). Allgemein können die Erfassungsinformationen einen Zeitverlauf der erfassten Bestrahlung einschließen und insbesondere einen Rückschluss auf einen Zeitpunkt einer vorbestimmten charakteristischen Änderung der Erfassungssignale ermöglichen. Diese Änderung kann einen Signalsprung einschließen. Zum Beispiel kann für ein Bestrahlen der Kalibrierstruktur ein Soll-Verlauf, insbesondere aber eine Soll- Änderung der Erfassungssignale zu einem bestimmten Zeitpunkt vorab bestimmt werden. Die tatsächlichen Erfassungsinformationen ermöglichen hingegen einen Rückschluss auf den Ist-Verlauf und insbesondere auf eine Ist-Änderung der Erfassungssignale. Darauf basierend kann die Steuereinheit dann den vorstehend erläuterten Soll-Ist-Vergleich zum Kalibrieren des Bestrahlungssystems durchführen.
Die Vorrichtung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass die Kalibrierstruktur außerhalb des Bauraums angeordnet ist. Als Beispiel sei ein Anordnen der Kalibrierstruktur neben dem Bauraum genannt. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass die Kalibrierstruktur während des Herstellungsprozesses eines Werkstücks nicht mit dem Werkstück unmittelbar wechselwirkt, also zum Beispiel nicht direkt damit in Kontakt bringbar ist. Insbesondere kann die Kalibrierstruktur ein paralleles Herstellen von Werkstücken ermöglichen, ohne dass sie aus der Vorrichtung entfernt werden müss- te. Die Kalibrierstruktur kann ferner allgemein unbeweglich und/oder im Wesentlichen dauerhaft innerhalb der Vorrichtung angeordnet sein. Beispielsweise kann die Kalibrierstruktur dazu eingerichtet sein, über einen Herstellungsprozess von wenigstens zehn Werkstücken in einer unveränderten Position innerhalb der Vorrichtung zu verbleiben.
Die Erfinder haben erkannt, dass die bisher bekannten Kalibrierlösungen und insbesondere das Verwenden zusätzlicher Kalibrierplatten aufwändige manuelle Eingriffe erfordern, die eine langfristige Unterbrechung eigentlichen Werkstückproduktion bedeuten und die fehleranfällig sind. Das Bereitstellen einer Kalibrierstruktur außerhalb des Bauraums kann hingegen ermöglichen, dass die Kalibrierstruktur feststehend und insbesondere dauerhaft innerhalb der Vorrichtung anordenbar ist und zum Durchführen eines Kalibrierprozesses lediglich selektiv bestrahlt werden muss.
Mit anderen Worten kann es ausreichen, die Kalibrierstruktur vor Auslieferung der Vorrichtung oder in regelmäßigen Abständen hinsichtlich ihrer tatsächlichen Position innerhalb der Vorrichtung zu vermessen und/oder zu korrigieren, sodass diese eine zuverlässige Referenz innerhalb der Vorrichtung bildet. Anschließend können keine weiteren manuellen Eingriffe zum Kalibrieren erforderlich sein. Die Kalibrierstruktur kann stattdessen unabhängig von einer Werkstückproduktion innerhalb der Vorrichtung verbleiben und lediglich selektiv bestrahlt werden. Dies ermöglicht sogar das Durchführen von Kalibriervorgängen während des Herstellungsprozesses ein und derselben Werkstückes, zum Beispiel nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Werkstückschichten hergestellt wurde.
Die Kalibrierstruktur kann innerhalb einer Prozesskammer der Vorrichtung angeordnet sein. Die Prozesskammer kann in bekannter Weise den Bauraum aufnehmen, sowie auch eine etwaige Pulverauftragsvorrichtung der Vorrichtung. Ebenso kann in der Prozesskammer die vorstehend erläuterte Schutzgas- oder Inertgasatmosphäre einstellbar sein. Das Bestrahlungssystem und/oder die Sensoranordnung können ferner in einem Deckenbereich der Prozesskammer oder parallel hierzu angeordnet sein. Eine etwaige Baufläche kann hingegen in oder nahe zu einem Boden der Prozesskammer angeordnet sein und dem Deckenbereich gegenüberliegen. Das Anordnen der Kalibrierstruktur innerhalb der Prozesskammer kann insbesondere derart erfolgen, dass die Kalibrierstruktur sich zumindest abschnittsweise zwischen einem Innenwandbereich der Prozesskammer und dem Bauraum erstreckt. Der Innenwandbereich kann eine Seitenwand der Prozesskammer umfassen und/oder dem Bauraum allgemein zugewandt sein. Insgesamt kann durch diese Varianten ermöglicht werden, dass zum Kalibrieren ein Bestrahlen der Kalibrierstruktur lediglich in einer geringen Nähe zu dem Bauraum ausgeführt werden muss. Das Bestrahlungssystem muss somit nicht mit einem deutlich erhöhten Ablenkspektrum ausgebildet werden und der Aufbau der Vorrichtung kann insgesamt kompakt ausfallen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Bauraum eine Baufläche um- fasst, wobei sich die Kalibrierstruktur entlang wenigstens einer Seite der Baufläche erstreckt. Die Baufläche kann gemäß einer der vorstehend erläuterten Varianten ausgebildet sein und beispielsweise von einer dem Bestrahlungssystem zugewandten Oberfläche eines Trägers der Vorrichtung gebildet werden. Die Baufläche ist vorzugsweise rechteckig oder kreisförmig ausgebildet. Allgemein kann sich die Kalibrierstruktur parallel zu der wenigstens einen Seite der Baufläche erstrecken, wobei diese Seite im Wesentlichen geradlinig oder gekrümmt verlaufen kann. Übergeordnet kann die Kalibrierstruktur ferner im Wesentlichen langgestreckt ausgebildet sein und zum Beispiel eine Länge von mehr als 5 cm, mehr als 10 cm oder mehr als 20 cm umfassen, wobei diese Länge insbesondere entlang einer entsprechenden Seite der Baufläche gemessen werden kann. Insgesamt kann somit ermöglicht werden, dass die Baufläche durch das Bestrahlungssystem nur geringfügig verlassen werden muss, um einen Kalibriervorgang auszuführen. Somit kann der Aufbau der Vorrichtung kompakt ausfallen und das erforderliche Ablenkspektrum des Bestrahlungssystems gering gehalten werden. Ebenso kann auch die Güte der Kalibrierung verbessert werden, da die Kalibrierung in unmittelbarer Nähe zu dem eigentlichen Arbeitsbereich des Bestrahlungssystems ausführbar ist und die Erfassungssignale somit eine hohe Aussagekraft für die eigentliche Bearbeitung besitzen können.
Die Kalibrierstruktur kann wenigstens zwei Kalibrierabschnitte umfassen, die sich entlang unterschiedlicher Seiten der Baufläche erstrecken, insbesondere wobei die unterschiedlichen Seiten der Baufläche in einem Winkel zueinander verlaufen. Bei den Seiten kann es sich um gegenüberliegende Seiten der Baufläche handeln, zum Beispiel gegenüberliegende Außenumfangs- oder Konturabschnitte. Insbesondere kann es sich aber um gegenüberliegende oder ineinander übergehende (zum Beispiel über Eck verlaufende) Seiten einer im Wesentlichen rechteckigen Baufläche handeln. Die Kalibrierabschnitte der Kalibrierstruktur können beispielsweise ineinander übergehen und/oder in einem Winkel von ca. 90° zueinander angeordnet sein. Beide Kalibrierabschnitte können ferner allgemein langgestreckt ausgebildet sein und/oder eine Länge von mehr als 5 cm, mehr als 10 cm oder mehr als 20 cm aufweisen.
Somit kann ein Kalibrieren des Bestrahlungssystems entlang wenigstens zwei vorbestimmter Achsen erfolgen, wobei diese Achsen beispielsweise mit den beiden Kalibrierabschnitten der Kalibrierstruktur zusammenfallen oder hierzu parallel verlaufen können.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Vorrichtung ferner einen Bodenbereich um- fasst, der die Baufläche zumindest abschnittsweise umgibt, und wobei die Kalibrierstruktur in oder parallel zu dem Bodenbereich angeordnet ist. Der Bodenbereich kann einen Prozesskammerboden umfassen oder durch diesen gebildet werden. Ebenso kann der Bodenbereich einen virtuellen dreidimensionalen Raum definieren, umfassend den Prozesskammerboden, wobei der Bodenbereich vorzugsweise flach ausgebildet ist (d.h., eine geringe Erstreckung senkrecht zu dem Prozesskammerboden aufweist). Bei dem Prozesskammerboden kann es sich um einen üblichen Bodenbereich einer Prozesskammer handeln, der fester Bestandteil eines
Maschinenrahmens der Vorrichtung ist oder mit diesem verbunden ist. Ferner kann der Bodenbereich die Baufläche vollständig umgeben und/oder allgemein parallel hierzu angeordnet sein. Die Baufläche kann dann durch das vorstehend beschriebene Absenken eines etwaigen Trägers der Vorrichtung innerhalb von beziehungsweise relativ zu dem Bodenbereich abgesenkt werden, so dass sie sich von einer Oberfläche des Bodenbereichs entfernt. Übergeordnet kann der Bodenbereich eine Rahmenstruktur für die Baufläche bilden und, optional, dem Bestrahlungssystem
gegenüberliegen.
Unter einem Anordnen der Kalibrierstruktur in dem Bodenbereich kann allgemein ein Anordnen auf oder innerhalb des Bodenbereichs verstanden werden. Die Kalibrierstruktur kann demnach innerhalb des Bodenbereichs eingelassen und/oder ausgeformt sein. Ebenso kann sie auf einem von dem Bodenbereich umfassten
Prozesskammerboden angeordnet sein und zum Beispiel mechanisch daran befestigt werden. Auch dies kann erfindungsgemäß als ein Anordnen der Kalibrierstruktur in dem Bodenbereich verstanden werden.
Ebenso kann die Kalibrierstruktur auch zumindest teilweise in oder parallel zu einem Seitenwandbereich der Prozesskammer angeordnet sein. Der Seitenwandbereich kann wiederum als flacher virtueller Raum definiert sein, der dreidimensional ist und eine Seiten wand der Prozesskammer umfasst. Der Seitenwandbereich kann sich in einem Winkel zu dem Bodenbereich erstrecken, zum Beispiel im Wesentlichen orthogonal hierzu. Hierdurch kann eine gezielte Beabstandung der Kalibrierstruktur von dem Bodenbereich erreicht werden, wobei die Kalibrierstruktur aber nach wie vor in geeigneter Weise relativ zu der Sensoranordnung und dem Bestrahlungssytem positionierbar ist. Der Abstand zu dem Bodenbereich bedeutet, dass starke Verschmutzungen der Kalibrierstruktur durch das Pulvermaterial im Bauraum weniger wahrscheinlich sind, was sich wiederum vorteilhaft auf die Kalibriergüte auswirken kann.
Eine weitere Variante sieht vor, dass die Kalibrierstruktur zumindest abschnittsweise ein Material umfasst, dessen Absorptionsverhalten bezogen auf die Bestrahlung des Bestrahlungssystems sich von dem Absorptionsverhalten in der Umgebung der Kalibrierstruktur unterscheidet. Mit anderen Worten kann das Absorptionsverhalten im Bereich der Kalibrierstruktur lokal erhöht oder lokal verringert sein, so dass es zu stärkeren oder schwächeren Reflexionen der von dem Bestrahlungssystem ausgesendeten Bestrahlung kommt. Dies kann wiederum durch die Sensoranordnung er- fasst werden. Allgemein kann sich das Absorptionsverhalten auf Licht und/oder elektromagnetische Strahlung in dem Wellenlängenbereich der von dem Bestrahlungssystem ausgesendeten Strahlung beziehen. Vorzugsweise weist das Material gegenüber der Umgebung ein erhöhtes Absorptionsverhalten auf, sodass eine Rückreflexion der
Bestrahlung im Bereich der Kalibrierstruktur geringer ausfällt, als im Bereich von dessen unmittelbarer Umgebung. Die Umgebung kann dabei durch den vorstehend erläuterten Bodenbereich der Vorrichtung bereitgestellt sein und kein derartiges Material aufweisen. Allgemein kann das Material als eine Beschichtung ausgebildet sein, die zumindest abschnittsweise auf die Kalibrierstruktur aufgebracht ist.
Allgemein kann die Kalibrierstruktur eine geeignete Oberflächenstruktur umfassen oder bilden, die von der Sensoranordnung als sich von der Umgebung unterscheidend erfassbar ist. Gemäß einem Beispiel umfasst die Kalibrierstruktur wenigstens eine Erhöhung, wobei das Bestrahlungssystem dazu eingerichtet ist, im Rahmen eines Kalibriervorgangs ein Bestrahlen der Kalibrierstruktur im Bereich der Erhöhung vorzunehmen. Bei der Erhöhung kann es sich um einen im Vergleich zur Umgebung der Kalibrierstruktur erhöhten Abschnitt handeln, zum Beispiel einen lokalen Vorsprung.
Zusätzlich oder alternativ kann die Kalibrierstruktur ferner wenigstens eine Vertiefung umfassen, wobei das Bestrahlungssystem dazu eingerichtet ist, im Rahmen eines Kalibriervorgangs ein Bestrahlen der Kalibrierstruktur im Bereich der Vertiefung vorzunehmen. Bei einem Anordnen in dem Bodenbereich der Vorrichtung kann die Kalibrierstruktur als Vertiefung in diesem Bodenbereich ausgebildet sein. Die Vertiefung kann allgemein eine Ausnehmung, eine Öffnung, eine Nut oder ein Loch umfassen, welche zum Beispiel spanend hergestellt sind. Bei einem Überstreichen der Kalibrierstruktur durch das Bestrahlungssystem kann sich aufgrund der ändernden Oberflächenverhältnisse im Bereich der Vertiefung somit eine Änderung in dem
Reflexionsverhalten der von den Bestrahlungssystem ausgesandten Strahlung ergeben. Dies kann wiederum durch die Sensoranordnung erfasst werden.
Vorzugsweise ist das Material zum Beeinflussen des Absorptionsverhaltens nahe oder in einem Übergangsbereich zwischen der Vertiefung und/oder Erhöhung und der Umgebung der Kalibrierstruktur angeordnet. Dies ermöglicht, dass das Erreichen der Vertiefung und/oder Erhöhung besonders genau detektiert werden kann, da sich dort eine Wechselwirkung mit der Bestrahlung durch das Bestrahlungssystem besonders umfassend und somit leicht erfassbar ändert. Die Vertiefung und/oder Erhöhung kann ferner wenigstens eine Kante umfassen, vorzugsweise an einem oberen Rand und/oder in einem Übergangsbereich zur Umgebung der Kalibrierstruktur. Die Kante kann von einem scharfkantigen Bereich der Vertiefung und/oder Erhöhung umfasst sein oder diesen Bereich bilden. Es kann sich dabei um den Übergang zwischen der Umgebung sowie der Vertiefung und/oder Erhöhung handeln, welche scharfkantig oder nur geringfügig gerundet ausgebildet ist. Demnach kann die Kante durch eine Oberfläche der Umgebung begrenzt werden, zum Beispiel in Form einer Bodenbereichsoberfläche, sowie durch eine von dieser Oberfläche abgewinkelten Innenwand der Vertiefung und/oder Außenwand der Erhöhung. Diese Innen- bzw. Außenwand kann sich im Wesentlichen orthogonal zu der genannten Oberfläche erstrecken. Die Vertiefung und/oder Erhöhung kann allgemein somit im Wesentlichen stufenförmig ausgebildet sein. Das Bereitstellen einer derartigen Kante ermöglicht ebenfalls eine umfassende Änderung der Wechselwirkung zwischen der Bestrahlung und der Kalibrierstruktur, was für ein Erfassen durch die Sensoranordnung vorteilhaft ist.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Vertiefung und/oder Erhöhung einen Hauptabschnitt, der sich im Wesentlichen entlang der Baufläche erstreckt, und die Vertiefung und/oder Erhöhung umfasst ferner wenigstens einen Nebenabschnitt, der sich in einem Winkel zu dem Hauptabschnitt erstreckt. Der Hauptabschnitt kann sich in der vorstehend beschriebenen Weise entlang einer Seite der Baufläche erstrecken, zum Beispiel entlang einer Seite einer rechteckigen Baufläche. Der Hauptabschnitt kann dabei auch einen angewinkelten Verlauf aufweisen, also sich zum Beispiel entlang eines Eckbereiches der Baufläche erstrecken und diesen zumindest teilweise umgeben. Ferner kann der Hauptabschnitt allgemein langgestreckt ausgebildet sein und beispielsweise eine Länge von mehr als 5 cm, mehr als 10 cm oder mehr als 20 cm aufweisen. Der Nebenabschnitt kann hingegen eine gegenüber dem Hauptabschnitt geringere Länge aufweisen, zum Beispiel eine Länge von weniger als 10 cm oder weniger als 5 cm. Ferner kann der Nebenabschnitt sich entlang einer Achse erstrecken, die in einem Winkel zu einer Längsachse des Hauptabschnitts verläuft, beispielsweise in einem Winkel von mehr als 45° und insbesondere im Wesentlichen orthogonal zu der Längsachse. Der Nebenabschnitt und der Hauptabschnitt können somit im Wesentlichen eine Kreuzform definieren.
Ein Vorteil des Ausbildens der Vertiefung und/oder Erhöhung mit derartigen Haupt- und Nebenabschnitten ist, dass eine umfassendere Kalibrierung ermöglicht wird. So kann eine erste Hauptbestrahlungsachse, entlang derer ein Bestrahlen durchgeführt wird, sich parallel zu dem Hauptabschnitt erstrecken. Eine zweite Hautbestrahlungsachse, die in einem Winkel zu der ersten Hautbestrahlungsachse und vorzugsweise orthogonal hierzu verläuft, kann sich hingegen parallel zu den Nebenabschnitten erstrecken. Insbesondere bei einer Mehrzahl von Nebenabschnitten kann somit entlang verschiedener Positionen der ersten Hauptbestrahlungsachse ein Kalibrieren entlang der zweiten Hauptbestrahlungsachse durch Abfahren eines entsprechenden Nebenabschnitts durchgeführt werden. Hierdurch kann insgesamt die Robustheit und Aussagekraft der Kalibrierung erhöht werden.
In diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass mehrere Nebenabschnitte vorgesehen sind, die vorzugsweise in regelmäßigen Abständen entlang des Hauptabschnitts angeordnet sind. Beispielsweise können entlang des Hauptabschnitts mehr als zwei, mehr als vier, mehr als sechs oder mehr als acht Nebenabschnitte vorgesehen sein, die zum Beispiel um ca. 2 bis ca. 10 cm voneinander entlang einer Längsachse des Hauptabschnitts beabstandet sind.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Sensoranordnung dazu ausgebildet ist, das Ein- und/oder das Austreten des Bearbeitungsstrahls in bzw. aus der Vertiefung zu erfassen und/oder wobei die Sensoranordnung dazu ausgebildet ist, das Erreichen und/oder Verlassen der Erhöhung zu erfassen. Dies kann über das vorstehend erläuterte Ändern des Reflexionsverhaltens der Bestrahlung bei einem Überstreichen der Vertiefung bzw. der Erhöhung festgestellt werden. Beispielsweise kann die Sensoranordnung dazu eingerichtet sein, ein zumindest temporäres Verringern und/oder ein zumindest temporäres Erhöhen der reflektierten Bestrahlung zu erfassen, wenn diese im Rahmen eines Kalibrierprozesses in den Bereich der Vertiefung oder Erhöhung gerichtet wird und vorzugsweise auch innerhalb dieses Bereichs eine vorbestimmte Bewegung ausführt. Das Verringern der reflektierten Bestrahlung (und/oder das Erkennen eines vergrößerten Abstandswertes) kann auf ein Eintreten in die Vertiefung hinweisen, wohingegen das Erhöhen der reflektierten Bestrahlung (und/oder das Erkennen eines geringeren Abstandswertes) auf ein Austreten aus der Vertiefung hinweisen kann. Im gleichen Sinne kann das Erhöhen der reflektierten Bestrahlung (und/oder das Erkennen eines geringeren Abstandswertes) auf ein Erreichen der Erhöhung hinweisen, wohingegen das Verringern der reflektierten Bestrahlung (und/oder das Erkennen eines vergrößerten Abstandswertes) auf das Verlassen der Erhöhung hinweisen kann. Das Bestrahlungssystem kann ferner dazu ausgebildet sein, zumindest während eines Kalibriervorgangs einen Bearbeitungsstrahl mit einer nicht- verfestigungswirksamen Leistung auszusenden. Mit anderen Worten kann die Leistung und/oder Intensität des Bearbeitungsstrahls während des Kalibriervorgangs gegenüber einer Leistung reduziert sein, die zum Herstellen eines Werkstücks aus den Rohstoffpulverschichten verwendet wird. Die Leistung des Bearbeitungsstrahls während des Kalibrierverfahrens kann nicht mehr als 10 %, nicht mehr als 5 % oder nicht mehr als 1 % der verfestigungswirksamen Leistung betragen. Hierdurch kann ein unerwünschtes Beschädigen der Kalibrierstruktur vermieden werden. Ferner kann der Erfassungsbereich der Sensoranordnung speziell auf dieses Leistungsspektrum und/oder das damit einhergehenden Intensitätsspektrum etwaiger Rückreflexionen von der Kalibrierstruktur angepasst sein, sodass ein Risiko von Fehlerfassungen während des Kalibriervorgangs reduziert wird.
Um die Leistung des Bearbeitungsstrahls zu reduzieren, können sogenannte Strahlfallen oder Strahlteiler selektiv in dem Strahlverlauf des Bearbeitungsstrahl angeordnet werden. Diese können zum Beispiel Graufilter umfassen, um den
Bearbeitungsstrahl bewusst zu schwächen. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, eine Leistung der Strahlquelle anzupassen oder aber gesonderte Strahlquellen zu verwenden, die extra zu Kalibrierenzwecken bereitgestellt sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems einer Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks, wobei die Vorrichtung insbesondere nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Bestrahlen einer Kalibrierstruktur außerhalb eines Bauraums, wobei das Bestrahlen mittels eines Bestrahlungssystems erfolgt und das Werkstück in dem Bauraum durch selektives Verfestigen von Rohmaterialpulverschichten herstellbar ist;
- Erfassen des Bestrahlens der Kalibrierstruktur;
- Kalibrieren des Bestrahlungssystems basierend auf dem erfassten Bestrahlen der Kalibrierstruktur.
Das Verfahren ferner jegliche weitere Schritte und Merkmale umfassen, um sämtliche der vorstehend oder nachstehend genannten Effekte und Wechselwirkungen bereitzustellen. Insbesondere kann das Verfahren einen Schritt des Anordnens der Kalibrierstruktur relativ zu einer Baufläche gemäß einer der vorstehenden oder nachstehenden Varianten umfassen. Ebenso kann das Verfahren ein Bestrahlen der Kalibrierstruktur durch Führen eines Bearbeitungsstrahls des Bestrahlungssystems entlang einem vorbestimmten Pfad umfassen.
Ferner kann das Verfahren Schritte zum Auswerten der gewonnenen Erfassungsinformationen umfassen, wobei das Auswerten jegliche der vorstehend oder nachstehend erläuterten Varianten zum Ermitteln von vorbestimmten Änderungen umfassen kann. Der Schritt des Erfassens des Bestrahlens der Kalibrierstruktur kann einen Schritt des Erfassens von dabei erzeugten Rückreflexionen umfassen und insbesondere das Erfassen eines zeitlichen Verlaufs hiervon. Das Auswerten kann sich dann auf das Ermitteln vorbestimmte Änderungen in diesem zeitlichen Verlauf beziehen, beispielsweise um daraus das Erreichen und/oder Verlassen der Kalibrierstruktur zu ermitteln. Schließlich kann der Schritt des Kalibrierens das Durchführen eines Soll-ist- Vergleiches umfassen, wie vorstehend diskutiert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es stellen dar:
Figur 1: eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt;
Figur 2: eine perspektivische Ansicht einer Prozesskammer der Vorrichtung aus Figur 1; und
Figuren 3a,3b: schematische Darstellungen des Erfassungsvorganges und des zeitlichen Verlaufs der Erfassungssignale bei der Vorrichtung aus Figur 1.
In Figur 1 ist eine Vorrichtung 10 gezeigt, die dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum generativen Herstellen dreidimensionaler Werkstücke aus einem metallischen Pulverbett auszuführen. Genauer gesagt betrifft das Verfahren einen Herstellungsprozess nach Art eines sogenannten selektiven Laserschmelzens (SLM). Die Vorrichtung 10 umfasst eine Prozesskammer 12. Die Prozesskammer 12 ist gegen die Umgebungsatmosphäre abdichtbar, sodass darin eine Inertgasatmosphäre eingestellt werden kann. Eine Pulverauftragsvorrichtung 14, die in der Prozesskammer 12 angeordnet ist, trägt Rohstoffpulverschichten auf einen Träger 16 auf. Wie in Figur 1 durch einen Pfeil A gezeigt, ist der Träger 16 dazu eingerichtet, in eine vertikale Richtung verlagert zu werden. Somit kann der Träger 16 bei einer zunehmenden Bauhöhe des Werkstücks, wenn dieses schichtweise aus den selektiv verfestigten Rohstoffpulverschichten aufgebaut wird, in die vertikale Richtung abgesenkt werden.
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner ein Bestrahlungssystem 20, um selektiv und ortsspezifisch mehrere Laserstrahlen 24a,b auf die Rohstoffpulverschichten auf dem Träger 16 zu richten. Genauer gesagt kann das Rohstoffpulvermaterial mittels dem Bestrahlungssystem 20 nach Maßgabe einer Geometrie einer herzustellenden Werkstückschicht einer Laserstrahlung ausgesetzt und somit lokal aufgeschmolzenen und verfestigt werden. Das Bestrahlen der Rohstoffpulverschichten durch das Bestrahlungssystem 20 wird dabei durch eine Steuereinheit 26 gesteuert.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Bestrahlungssystem zwei Bestrahlungseinheiten 22a, b, die gemeinsam das Rohstoffpulvermaterial bestrahlen können. Es ist aber ebenso denkbar, lediglich eine derartige Bestrahlungseinheit 22a,b vorzusehen oder aber auch eine Mehrzahl von zum Beispiel matrixförmig angeordneten Bestrahlungseinheiten 22a,b.
Jede der gezeigten Bestrahlungseinheiten 22a,b ist an eine gemeinsame Laserstrahlquelle gekoppelt. Der von dieser Laserstrahlquelle emittierte Laserstrahl kann durch geeignete Mittel, wie zum Beispiel Strahlteiler und/oder Spiegel, aufgeteilt und/oder abgelenkt werden, um den Laserstrahl zu den einzelnen Bestrahlungseinheiten 22a,b zu führen. Alternativ wäre es denkbar, jeder der Bestrahlungseinheiten 22a,b eine eigene Laserstrahlquelle zuzuordnen. Eine geeignete Laserstrahlquelle kann zum Beispiel in Form eines diodengepumpten Ytterbium-Faserlasers mit einer Wellenlänge von ungefähr 1070 bis 1080nm bereitgestellt sein.
Jede der Bestrahlungseinheiten 22a,b umfasst ferner eine Bearbeitungsstrahloptik, um mit dem bereitgestellten Laserstrahl zu wechselwirken. Die Bearbeitungsoptiken umfassen jeweils eine Ablenkvorrichtung in Form einer Scannereinheit, die den Fokuspunkt des jeweils in Richtung des Träger 16 emittierten Laserstrahls 24a, b innerhalb einer sich parallel zu dem Träger 16 erstreckenden Bestrahlungsebene flexibel positionieren kann.
Die dem Bestrahlungssystem 20 zugewandte Oberfläche des Träger 16 bildet eine Baufläche 28, welche eine maximal mögliche Grundfläche oder, anders ausgedrückt, eine maximal herstellbare Querschnittsfläche des Werkstücks definiert. Die Baufläche 28 ist allgemein rechteckig ausgebildet. Eine Position der Baufläche 28 innerhalb der Prozesskammer 12 ist ferner nach Maßgabe eines Absenkens des Trägers 16 variierbar. Die Baufläche 28 bildet ferner die Grundfläche eines dreidimensionalen virtuellen Bauraums 30 der Vorrichtung 10, in dem das Werkstück herstellbar ist. Aufgrund der geschilderten Bewegung der Baufläche 28 ist der Bauraum 30 allgemein zylindrisch mit einer entsprechend rechteckigen Grundfläche ausgebildet. Eine Erstreckung des Bauraums 30 ist in den Figuren 1 und 2 ferner strichliniert angedeutet.
Schließlich ist in Figur 1 eine Sensoranordnung 25 schematisch angedeutet, welche Rückreflexionen der Laserstrahlen 24a,b von der Baufläche 28 und der Umgebung erfassen kann. Die Sensoranordnung 25 ist ebenfalls mit der Steuereinheit 26 der Vorrichtung 10 verbunden. Zu beachten ist, dass die dargestellte Positionierung der Sensoranordnung 25 lediglich beispielhaft ist. Insbesondere wenn die Sensoranordnung 25 als ein Bestandteil eines bestehenden Schmelzbadüberwachungssystems ausgebildet ist, kann diese vielmehr in den Strahlengang des Bestrahlungssystems 20 integriert sein oder zumindest unmittelbar mit diesem wechselwirken. Hierdruch kann eine sogenannte„in-line"-Messung der rückreflektierten Strahlung vorgenommen werden.
In Figur 2 ist die Prozesskammer 12 perspektivisch dargestellt, wobei die Pulverauftragsvorrichtung 14 jedoch weggelassen ist. Man erkennt erneut den Träger 16, der die Baufläche 28 bildet. Der Bauraum 30 ist wiederum als Zylinder mit rechteckiger Grundfläche definiert. Das Bestrahlungssystem 20 ist in Figur 2 als lediglich schema- tisches Rechteck angedeutet und allgemein dazu ausgebildet, die Rohstoffpulvermaterialschicht innerhalb der Baufläche 28 selektiv zu bestrahlen. In Figur 2 ist zusätzlich Gasauslass 32 gezeigt, der einen bekannten Bestandteil eines nicht dargestellten Prozessgaskreislaufs der Vorrichtung 10 bildet, um innerhalb der Prozesskammer 12 eine Schutzgasatmosphäre einzustellen.
Man erkennt, dass die Prozesskammer 12 einen Bodenbereich 34 umfasst. Dieser ist allgemein eben ausgebildet und erstreckt sich parallel zu der Baufläche 28. Der Bodenbereich 34 wird durch eine herkömmliche Bodenplatte der Vorrichtung 10 gebildet, die mit einem nicht dargestellten Maschinenrahmen verbunden ist und die dem Bestrahlungssystem 20 allgemein gegenüberliegt. In dem gezeigten Ausgangszustand, in dem der Träger 16 und damit die Baufläche 28 noch nicht abgesenkt wurden, fluchtet eine Oberfläche des Bodenbereichs 34 ferner mit der Baufläche 28. Der Bodenbereich 34 bildet insgesamt eine Rahmenstruktur um die Baufläche 28.
Innerhalb des Bodenbereichs 34 ist eine Kalibrierstruktur 36 vorgesehen, umfassend zwei Kalibrierabschnitte 37. Diese sind als Vertiefungen innerhalb des Bodenbereichs 34 ausgebildet und, genauer gesagt, als spanend hergestellte längliche Ausnehmungen. Dies verdeutlicht sich aus der vergrößerten Teilansicht B in Figur 2, die einen Endabschnitt einer der Kalibrierabschnitte 37 zeigt. Es ist auch denkbar, eine Kalibrierstruktur 36 mit lediglich einem derartigen Kalibrierabschnitt 37 vorzusehen.
Die Kalibrierabschnitte 37 umfassen jeweils einen Hauptabschnitt 38 der sich entlang einer Längsachse LI, L2 erstreckt. Die Kalibrierabschnitte 37 oder, anders ausgedrückt, deren Hauptabschnitte 38 sind ferner im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet. Konkret erkennt man in Figur 2, dass sich die Hauptabschnitte 38 entlang und parallel zu unterschiedlichen Seitenbereichen der rechteckigen Baufläche 28 erstrecken. Dies betrifft eine erste Seite 40 und eine zweite Seite 42 der rechteck- förmigen Baufläche 28, welche orthogonal zueinander verlaufen. Bildlich gesprochen erstrecken sich die Kalibrierabschnitte 37 somit„über Eck" bezogen auf die Baufläche 28. Bezüglich der Position der Kalibrierabschnitte 37 zeigt Figur 2 ferner, dass diese zwischen einem der Baufläche 28 zugewandten inneren Seitenwandbereich der Prozesskammer 12 und der Baufläche 28 angeordnet sind. Dabei weisen sie lediglich einen geringen Abstand von wenigen Zentimetern zu der Baufläche 28 auf.
In Figur 2 erkennt man ferner, dass jeder der Kalibrierabschnitte 37 mehrere Nebenabschnitte 44 umfassen, die in gleichmäßigen Abständen entlang der Hauptabschnitte 38 verteilt sind. In dem Beispiel von Figur 2 umfasst jeder Kalibrierabschnitte 37 mehr als sechs solcher Nebenabschnitte 44. Aus Darstellungsgründen sind dabei nicht sämtliche Nebenabschnitte 44 mit einem entsprechenden Bezugszeichen versehen. Wie sich ferner aus der Detailansicht B in Figur 2 verdeutlicht, sind die Nebenabschnitte 44 ebenfalls in Form von Vertiefungen ausgebildet und erstrecken sich orthogonal zu dem Hauptabschnitt 38, wobei die Nebenabschnitte 44 durch die jeweiligen Längsachsen LI, L2 der Hauptabschnitte mittig geteilt werden.
Die Nebenabschnitte 44 bilden somit quer zu den Hauptabschnitten 38 verlaufende Vertiefungsabschnitte, sodass die Kalibrierabschnitte 37 jeweils aus einzelnen kreuzförmigen Vertiefungsbereichen entlang ihrer jeweiligen Längsachsen L1,L2 zusammengesetzt sind. Zum Durchführen eines Kalibriervorgangs veranlasst die Steuereinheit 26, dass das Bestrahlungssystem 20 einen Bearbeitungsstrahl in Form eines der Laserstrahlen 24a,b aus Fig. 1 gemäß einem vorbestimmten Bewegungspfad auf wenigstens einen der Kalibrierabschnitte 37 richtet. Insbesondere kann der Bearbeitungsstrahl, der während des Kalibrierens mit einer bewusst reduzierten und nicht- verfestigungswirksamen Leistung bereitgestellt wird, zunächst auf eine Oberfläche des Bodenbereichs 34 gerichtet werden, welche die Kalibrierstruktur 36 umgibt, und dann in Richtung einer der Kalibrierabschnitte 37 bewegt werden. Die Sensoranordnung 25 kann parallel dazu die Rückreflexionen der Strahlung von dem Bodenbereich 34 und/oder der Kalibrierstruktur 36 erfassen.
Wenn der Bearbeitungsstrahl von der Oberfläche des Bodenbereichs 34 erstmals in einen der Kalibrierabschnitte 37 und in die hiervon gebildete Vertiefung gelangt, ändert sich die von der Sensoranordnung erfasste Intensität der Rückreflexionen. Dies wird vorliegend ferner dadurch unterstützt, dass die Seiten- und Bodenwände der Kalibrierabschnitte 37 jeweils mit einem die Laserstrahlung zumindest teilweise absorbierenden Material beschichtet sind. Die Absorption der Laserstrahlung durch dieses Material ist ferner stärker als diejenige Absorption, die bei der die Kalibrierabschnitte 37 umgebenden Oberfläche des Bodenbereichs 34 auftritt.
Ein zeitlicher Verlauf der von der Sensoranordnung 25 erfassten Signale ist in den Figuren 3a, b gezeigt. In Figur 3a ist eine Situation gezeigt, in der ein von dem Bestrahlungssystem 20 ausgesendeter Laserstrahl 24 a,b erstmals in einen der Nebenabschnitte 44 einer der Kalibrierabschnitte 37 gelangt. Ein Bewegungspfad P, bei dem dies auftritt, ist in Figur 2 ebenfalls angedeutet. Ferner erkennt man in Figur 3a, dass die Kalibrierabschnitte 37 stufenförmige Vertiefungen innerhalb des Bodenbereichs 34 bilden und somit scharfkantige Übergänge in Form von Kanten 45 umfassen. Diese führen ähnlich wie das vorstehend geschilderte absorbierende Material zu einem besonders deutlichen Wechsel des Reflexionsverhaltens bei Eintritt in die Kalibrierabschnitte 37, was durch die Sensoranordnung 25 besonders zuverlässig erfassbar ist.
In Figur 3b ist ein zeitlicher Verlauf eines Sensorsignals der Sensoranordnung 25 während dieses Vorgangs gezeigt, wobei das Sensorsignal beispielhaft als eine Sensorspannung V dargestellt ist. Bis zu dem Zeitpunkt tl wird der Laserstrahl 24a,b entlang der ebenen Oberfläche des Bodenbereichs 34 bewegt, sodass sich dessen Rückreflexion nicht ändert. Das Sensorsignal der Sensoranordnung 25 ist deshalb in den Zeitraum tO bis tl im Wesentlichen konstant. Zum Zeitpunkt tl tritt der Laserstrahl 24a,b in den eine Vertiefung bildenden Nebenabschnitt 44 ein, sodass sich dessen Rückreflexionsverhalten sprunghaft ändert und im gezeigten Beispiel sprunghaft abnimmt. Dies schlägt sich ebenfalls in einer Änderung des Sensorsignals zu diesem Zeitpunkt nieder. Im gleichen Sinne erfolgt eine umgekehrte Änderung des Sensorsignals, wenn der Laserstrahl 24a, b zum Zeitpunkt t2 wiederum aus dem Nebenabschnitt 44 austritt. Zwischen den Zeitpunkten tl und t2 sowie ab dem Zeitpunkt t2 ist das Sensorsignal im Wesentlichen konstant, wenn auch auf verschiedenen Spannungsniveaus.
Zusammengefasst erkennt man somit, dass die Steuereinheit 26 aus dem Sensorsignal der Sensoranordnung 25 den Eintrittszeitpunkt tl wie auch den Austrittszeitpunkt t2 aus einem überstrichenen Bereich (hier: Nebenabschnitt 44) der
Kalibrierstruktur 36 bestimmen kann. Ebenso können die Parameter des Bestrahlungssystems 20 zu diesem Zeitpunkt ermittelt werden, beispielsweise eine aktuelle Ablenkstellung des Bearbeitungsstrahls zu den jeweiligen Zeitpunkten. Da die Position und Erstreckung der Kalibrierstruktur 36 und insbesondere von deren einzelnen Kalibrierabschnitte 37 innerhalb der Vorrichtung 10 bekannt und allgemein unveränderlich ist, kann somit überprüft werden, ob die ermittelten Zeitpunkte tl,t2 erwarteten Soll-Zeitpunkten für bestimmte vorgegebene Bestrahlungsparameter
entsprechen.
Ist dies nicht der Fall, ist dies ein Indiz dafür, dass das Bestrahlungssystem 20 die Kalibrierstruktur 36 nicht erwartungsgemäß bestrahlt, also beispielsweise aufgrund einer zu geringen Ablenkung die Kalibrierabschnitte 37 nicht zu den erwarteten Zeitpunkten erreicht werden. Die Steuereinheit 26 kann daraufhin einen Soll-Ist- Vergleich zwischen dem vorgegebenen und dem tatsächlich festgestellten Bestrahlungsverhalten durchführen und darauf basierend das Bestrahlungssystem 20 kalibrieren, um eine gegebenenfalls festgestellte Soll-Ist-Abweichung zu kompensieren.
Eine solche Abweichung, die beispielsweise auf ein zu frühes oder zu spätes Eintreten in oder Austreten aus den Kalibrierabschnitten 37 hindeutet, kann darauf schließen lassen, dass eine Ablenkung des Bearbeitungsstrahls nicht in der gewünschten Weise erfolgt und/oder dass ein nicht berücksichtigter Relatiwersatz zwischen dem Bestrahlungssystem 20 und der Kalibrierstruktur 36 vorliegt. Ein solcher Relatiwersatz betrifft dann auch einen Relatiwersatz zwischen dem Bestrahlungssystem 20 und der Baufläche 28, da die Relativposition von der Baufläche 28 und der Kalibrierstruktur 36 mit ausreichender Genauigkeit als bekannt und konstant vorausgesetzt werden kann. Dieser Versatz kann durch das Kalibrieren des
Bestrahlungssystems 20 kompensiert werden, zum Beispiel durch ein angepasstes Nachregeln der Ablenkung des Bearbeitungsstrahls und/oder durch das Vorabberechnen entsprechend angepasster Steuersignale für das Bestrahlungssystem 20.
Durch das Anordnen der Kalibrierabschnitte 37 entlang zweier orthogonaler Seiten der Baufläche 28 (beziehungsweise entlang der X-Y-Achsen der Baufläche 28 gemäß einer herkömmlichen Achsdefinition), kann das Bestrahlungssystem 20 somit zuverlässig relativ zu der Baufläche 28 kalibriert werden. Die Mehrzahl der Nebenabschnitte 44 ermöglicht dabei ein Kalibrieren in mehreren vorbestimmten Positionen entlang der entsprechenden Seiten der Baufläche 28.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks, umfassend:
- einen Bauraum (30), in dem das Werkstück durch selektives Verfestigen von Rohmaterialpulverschichten herstellbar ist;
- ein Bestrahlungssystem (20), das dazu eingerichtet ist, die Rohmaterialpulverschichten in dem Bauraum (30) durch Aussenden wenigstens eines Bearbeitungsstrahls selektiv zu verfestigen;
- wenigstens eine Kalibrierstruktur (36);
- eine Sensoranordnung (25), die dazu eingerichtet ist, eine Rückreflexion einer durch das Bestrahlungssystem (20) ausgesandten Bestrahlung an der Kalibrierstruktur (36) zu erfassen; und
- eine Steuereinheit (26), die dazu eingerichtet ist, das Bestrahlungssystem (20) basierend auf Erfassungsinformationen der Sensoranordnung zu kalibrieren, wobei die Kalibrierstruktur (36) außerhalb des Bauraums (30) angeordnet ist.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1,
wobei die Kalibrierstruktur (36) innerhalb einer Prozesskammer (12) der Vorrichtung (10) angeordnet ist, insbesondere derart, dass sie sich zumindest abschnittsweise zwischen einem Innenwandbereich der Prozesskammer (12) und dem
Bauraum (30) erstreckt.
3. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei der Bauraum (30) eine Baufläche (28) umfasst, wobei sich die Kalibrierstruktur (36) entlang wenigstens einer Seite (40,42) der Baufläche (28) erstreckt.
4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3,
wobei die Kalibrierstruktur (36) wenigstens zwei Kalibrierabschnitte (37) umfasst, die sich entlang unterschiedlicher Seiten (40,42) der Baufläche (28) erstrecken, insbesondere wobei die unterschiedlichen Seiten (40,42) der Baufläche (28) in einem Winkel zueinander verlaufen.
5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4,
wobei die Vorrichtung (10) ferner einen Bodenbereich (34) umfasst, der die Baufläche (28) zumindest abschnittsweise umgibt, und wobei die Kalibrierstruktur (36) in oder parallel zu dem Bodenbereich (34) angeordnet ist.
6. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
wobei die Kalibrierstruktur (36) zumindest teilweise in oder parallel zu einem Seiten- wandbereich der Prozesskammer (12) angeordnet ist.
7. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Kalibrierstruktur (36) zumindest abschnittsweise ein Material umfasst, dessen Absorptionsverhalten bezogen auf die Bestrahlung des Bestrahlungssystems (20) sich von dem Absorptionsverhalten in der Umgebung der Kalibrierstruktur (36) unterscheidet.
8. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Kalibrierstruktur (36) wenigstens eine Vertiefung und/oder Erhöhung umfasst und wobei das Bestrahlungssystem (20) dazu eingerichtet ist, im Rahmen eines Kalibriervorgangs ein Bestrahlen der Kalibrierstruktur (36) im Bereich der Vertiefung und/oder Erhöhung vorzunehmen.
9. Vorrichtung (10) nach den Ansprüchen 7 und 8,
wobei das Material zum Beeinflussen des Absorptionsverhaltens nahe oder in einem Übergangsbereich zwischen der Vertiefung und/oder Erhöhung und der Umgebung der Kalibrierstruktur (36) angeordnet ist.
10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9,
wobei die Vertiefung wenigstens eine Kante (45) umfasst, vorzugsweise an einem oberen Rand und/oder in einem Übergangsbereich zur Umgebung der Kalibrierstruktur (36).
11. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Vertiefung und/oder Erhöhung einen Hauptabschnitt (38) umfasst, der sich im Wesentlichen entlang der Baufläche (28) erstreckt, und wobei die Vertiefung und/oder Erhöhung wenigstens einen Nebenabschnitt (44) umfasst, der sich in einem Winkel zu dem Hauptabschnitt (38) erstreckt.
12. Vorrichtung (10) nach Anspruch 11,
wobei mehrere Nebenabschnitte (44) vorgesehen sind, die vorzugsweise in regelmäßigen Abständen entlang des Hauptabschnitts (38) angeordnet sind.
13. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8,
wobei die Sensoranordnung (25) dazu ausgebildet ist, das Ein- und/oder das Austreten des Bearbeitungsstrahls in bzw. aus der Vertiefung zu erfassen, und/oder wobei die Sensoranordnung (25) dazu ausgebildet ist, das Erreichen und/oder Verlassen der Erhöhung zu erfassen.
14. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei das Bestrahlungssystem (20) dazu ausgebildet ist, zumindest während eines Kalibriervorgangs einen Bearbeitungsstrahl mit einer nicht-verfestigungswirksamen Leistung auszusenden.
15. Verfahren zum Kalibrieren eines Bestrahlungssystems (20) einer Vorrichtung (10) zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks, wobei die Vorrichtung (10) insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Bestrahlen einer Kalibrierstruktur (36) außerhalb eines Bauraums (30), wobei das Bestrahlen mittels eines Bestrahlungssystems (20) erfolgt und das Werkstück in dem Bauraum durch selektives Verfestigen von Rohmaterialpulverschichten herstellbar ist;
- Erfassen einer Rückreflexion einer durch das Bestrahlungssystem (20) ausgesandten Bestrahlung an der Kalibrierstruktur (36);
- Kalibrieren des Bestrahlungssystems (20) basierend auf der erfassten Rückreflexion der durch das Bestrahlungssystem (20) ausgesandten Bestrahlung an der Kalibrierstruktur (36).
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