WO2020244832A1 - Verfahren zum festlegen eines bestrahlungsmusters, verfahren zum selektiven bestrahlen und steuerung für die additive herstellung - Google Patents

Verfahren zum festlegen eines bestrahlungsmusters, verfahren zum selektiven bestrahlen und steuerung für die additive herstellung Download PDF

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WO2020244832A1
WO2020244832A1 PCT/EP2020/059543 EP2020059543W WO2020244832A1 WO 2020244832 A1 WO2020244832 A1 WO 2020244832A1 EP 2020059543 W EP2020059543 W EP 2020059543W WO 2020244832 A1 WO2020244832 A1 WO 2020244832A1
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irradiation
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area
vectors
contour
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PCT/EP2020/059543
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Jan Pascal Bogner
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for setting or defining an irradiation pattern for or for a material layer for powder-bed-based additive manufacturing. Furthermore, the present invention relates to a corresponding method for selective irradiation, a corresponding additive manufacturing method, preferably selective laser melting or electron beam melting, and a controller which is set up to control beam units or irradiation devices according to the defined irradiation pattern. Furthermore, a computer program product is specified which comprises commands for defining the irradiation pattern mentioned.
  • Additive manufacturing processes include, for example, powder bed processes such as selective laser melting (SLM) or laser sintering (SLS), or electron beam melting (EBM).
  • SLM selective laser melting
  • SLS laser sintering
  • EBM electron beam melting
  • Other additive processes are, for example, “Directed Energy Deposition (DED)” - Process, in particular laser deposition welding, electron beam or plasma powder welding, wire welding, metallic powder injection molding, so-called “sheet lamination” process, or spraying process (VPS LPPS, GDCS).
  • DED Directed Energy Deposition
  • Additive manufacturing processes have already proven to be particularly advantageous for complex or complicated or filigree components, for example labyrinth-like structures, Proven cooling structures and / or lightweight structures.
  • additive manufacturing is advantageous due to a particularly short chain of process steps, since a manufacturing or manufacturing step of a component can largely take place on the basis of a corresponding CAD file and the selection of appropriate manufacturing parameters.
  • Geometrically complex shapes or designs are increasingly predestining parts or components made of high-performance alloys or superalloys for additive manufacturing routes due to suitable production batch sizes. Nevertheless, there are restrictions with regard to the at least for powder bed-based processes ("PBF" for "powder bed fusion") achievable surface roughness, which, at least for internal areas of a component, can hardly be reworked or improved at all.
  • PPF powder bed-based processes
  • the dimensional accuracy of the additively manufactured components is often inferior to conventionally manufactured parts. This applies in particular to overhanging areas of components that can hardly be built from the powder bed with sufficient accuracy and structural quality.
  • the size of a melt pool in selective melting processes depends on a number of irradiation or manufacturing parameters. Usually, however, the weld pool is two to three times as wide as a common energy or laser beam diameter and about three to five times as deep as a conventional process layer thickness, which can be between 20 and 40 ⁇ m, for example.
  • a particularly controlled input of energy during the selective irradiation or during the solidification of a, in particular powdery, base material for the component to be built can be achieved by a pulsed irradiation operation, for example a pulsed laser. This is due to the weld pool, which is basically reduced in size for pulsed operation, during the (selective) welding process.
  • a method for selective laser melting, containing an edge area irradiation of a material layer with a pulsed laser and a corresponding irradiation device is known, for example, from EP 3 022 008 Bl. It describes that in particular the quality of the edge area of the structure to be built is improved by the pulsed laser irradiation leaves. However, the process time for irradiating the edge area is disadvantageous, which basically has to be carried out after the surface irradiation (so-called "hatching").
  • One aspect of the present invention relates to a method for establishing or defining an irradiation pattern of a material layer, in particular for powder-bed-based additive manufacturing.
  • the material layer preferably denotes a layer made of a base material for a component to be built accordingly, such as a powder, a liquid or a pasty material.
  • the method includes defining an area vector for the irradiation pattern for programming a first beam unit.
  • the first beam unit preferably comprises a beam source or source of an energy beam for the selective solidification of the material layer and a corresponding device or optics for guiding or controlling the corresponding energy beam.
  • the first beam unit is preferably set up to irradiate the material layer along surface vectors in continuous wave operation.
  • the term "surface vector” preferably denotes a vector or a main direction along which an energy beam emanating from the first beam unit, in particular a laser beam, is guided or scanned over the material layer by means of a corresponding selective irradiation or additive manufacturing can be a "hatch vector” along which large areas of the material layer are rasterized across the board.
  • This vector can also designate a main or carrier direction for surface irradiation, which is modulated with further "sub-vectors".
  • the method further comprises defining a contour vector for the irradiation pattern for programming a second beam unit.
  • the second beam unit preferably comprises a beam source or source of an energy beam for the selective solidification of the material layer and a corresponding device or optics for guiding or controlling the corresponding energy beam.
  • the second beam unit is preferably set up to irradiate the material layer along contour vectors in pulsed mode (“pulsed wave operation”).
  • our vector in this case preferably denotes a vector or a trajectory along which an energy beam emanating from the second beam unit, in particular a special laser beam, is guided or scanned over the material layer by means of a corresponding selective irradiation or additive manufacturing.
  • programming is intended to mean that data from the specified irradiation pattern or data or information from the available surface or contour vectors - for example in the form of or in the context of a CAM process (“Computer-Aided Manufacturing”) - are sent to a CAM process (“Computer-Aided Manufacturing”) - are sent to a CAM process (“Computer-Aided Manufacturing”) - are sent to a CAM process (“Computer-Aided Manufacturing”) - are sent to a
  • the contour vector directly adjoins the area vector.
  • the designated area vector is a near-contour area vector.
  • the area vector is irradiated in such a way that it coincides with the irradiation of the contour vector.
  • the irradiation of the surface vector takes place at least partially simultaneously with the irradiation of the contour vector, or vice versa. Due to this at least partial temporal overlap of two different types of irradiation (continuous and pulsed) and the use of two different beam units, for example a laser unit for continuous surface irradiation and a laser unit for pulsed contour irradiation, the process time of additive manufacturing processes can advantageously be reduced and at the same time a particularly advantageous edge structure or contour of the building to be built part can be achieved.
  • the method described is a CAM method.
  • one, two, three or more contour vectors are defined for each area vector, which directly enclose this (near-con) area vector - viewed in a plan view of the irradiation pattern.
  • the corresponding contour areas of the radiation pattern that adjoin a specific surface vector can advantageously be irradiated simultaneously and also spatially closely correlated.
  • the heat input into the layer can advantageously be precisely controlled, which is particularly important in the case of the additive construction of components made of high-performance alloys.
  • the emergence of hot cracks or corresponding crack centers as well as the tension of the entire structure can be prevented in a practical and advantageous manner.
  • contour vectors are defined for each area vector, which directly enclose this (near-contour) area vector.
  • At least ten, at least 20, at least 50 or more contour vectors are defined for each area vector, which directly enclose this (near-contour) area vector.
  • the area vector for the area-wide irradiation of the material layer is defined in such a way that it has a, for example meander-like or strip-like, modulation or superstructure of sub-vectors. This configuration can in particular be provided in order to irradiate large surface areas of the material layer.
  • all contour vectors of a contiguous irradiation area of the irradiation pattern are ters set such that they are aligned along the same circumferential direction of the irradiation area.
  • all of the contour vectors are preferably aligned along the same circumferential direction, which advantageously affects the structural result of the grain structure and the defect density of the solidified
  • the alignment of the contour vectors along one and the same circumferential direction also offers an economic or process-economical advantage, since areas are closed off with a contour immediately after the surface vectors have been exposed. This reduces the total waiting time between exposures, especially since the pulsed exposure or irradiation is often carried out at lower scanning speeds than is the case with continuous irradiation.
  • a plurality of area vectors are set parallel to one another for the irradiation pattern.
  • a plurality of contour vectors are defined for the irradiation pattern, which include said area vectors.
  • Another aspect of the present invention relates to a method for selective irradiation in additive manufacturing, comprising the irradiation of a material layer for the production of the corresponding component, the material layer being irradiated according to the described method for defining the irradiation pattern and the first beam unit Irradiation of area vectors of the irradiation pattern with an energy beam, in particular laser, causes continuous line operation, and the second beam unit causes the loading of contour vectors of the irradiation pattern with an energy beam, in particular laser, in pulsed operation.
  • the pulsed operation can be, for example, operation with laser or electron beam pulses in short pulse (milliseconds to nanoseconds) or ultra-short pulse range (picoseconds to femtoseconds) act.
  • a further aspect of the present invention relates to an additive manufacturing method, comprising the described method for selective irradiation, a geometry of the component being defined by a CAD file (CAD: “Computer-Aided Design”) prior to the selective irradiation.
  • CAD Computer-Aided Design
  • Another aspect of the present invention relates to a controller which is set up to control the first beam unit and the second beam unit for selectively irradiating the material layer according to the specified irradiation pattern described.
  • Another aspect of the present invention relates to a computer program product, comprising instructions which, when a corresponding program is executed by a computer, cause the computer to execute the method for determining the irradiation pattern, as described.
  • a computer program product such as a computer program means, for example as a (volatile or non-volatile) storage medium, e.g. a memory card, a USB stick, a CD-ROM or DVD, or also in the form of a downloadable file from a server in a network can be provided or included.
  • the provision can also take place, for example, in a wireless communication network by transmitting a corresponding file with the computer program product or the computer program means.
  • a computer program product can include program code, machine code, G-code and / or executable program instructions in general.
  • FIG. 1 shows a schematic, simplified sectional view of material layers during an additive manufacturing process.
  • Figure 2 indicates on the basis of a simplified schematic
  • FIG. 1 indicates, in a simplified and only qualitative manner, influences of a melt pool on material layers as they occur in the context of powder-bed-based additive manufacturing processes.
  • individual layers L of a base material for the additive structure of a component are indicated by horizontal lines.
  • the layers L can consist of a powder P or some other base material for the component, or they can already be shown in the solidified state.
  • a layer thickness d of the layers L shown can, as shown only by way of example, be 40 ⁇ m, or else more or less.
  • a melt pool W C w is also shown, as it is generated, for example, in selective melting processes by a laser or energy beam in continuous operation (see FIG. 3).
  • the molten bath W C w extends from a surface of the material layers L, which is not further identified, over at least four layer thicknesses d, ie more than 160 ⁇ m, into the interior of the structure or powder layer.
  • the weld pool W PW is shown on the left. Such a weld pool is generated, for example, in selective melting processes by a laser or energy beam in pulsed operation or pulsed operation (see FIG. 3).
  • the weld pool W PW extends from the surface of the material layers L over only one or two layer thicknesses into the interior of the layer stack.
  • the selected layer thickness shows what influence the irradiation can have on, for example, overhanging areas of the structures to be built up. This is further illustrated in the left part of FIG. 1 in that a dashed circle indicates a cavity in the stack of layers.
  • the layer-by-layer course of the melt pools with pulsed irradiation is indicated.
  • the pulsed radiation can be carried out by a second beam unit S2 different from the first beam unit S1. It can be seen that the weld pools, which are approximately in the range of the layer thickness d, provide a reasonably good image of overhanging structures by means of additive manufacturing.
  • FIG. 2 shows, on the basis of a schematic perspective view, a conventional irradiation pattern, as it is possible to choose for selective melting processes (SLM, SLS or EBM).
  • SLM selective melting processes
  • SLS selective melting processes
  • three surface irradiation vectors or surface vectors 1, 2 and 3 are identified. These area vectors 1, 2 and 3 are aligned parallel to one another and extend over the area of the corresponding material layer L.
  • the area vectors 1, 2, 3 are energized as part of the irradiation of the material layer L with an energy beam emanating from a beam unit S. , preferably gridded first in order to consolidate the surface of the L layer.
  • This can also be done on the basis of further, example, meander-like or strip-like modulations or Partial vectors v take place in order to achieve large areas of the material layer L with a laser beam.
  • contour vector X which surrounds the surface of the material layer on the circumferential side, be irradiated.
  • FIG. 3 now shows a radiation strategy according to the invention for the radiation or selective consolidation of one or each material layer L.
  • the irradiation pattern 10 is preferably defined according to the invention in such a way that area vectors 1, 2, 3 are defined for the irradiation pattern 10 for programming the first beam unit S1. Furthermore, contour vectors A, B, C, D, E, F, G, H for the irradiation pattern 10 for programming the second
  • Jet unit S2 set. According to the invention, however, this is done in such a way that those contour vectors which directly adjoin a (near-contour) surface vector are irradiated at least largely simultaneously with this.
  • the first area vector 1 - in the situation shown in FIG. 3 - is defined in such a way that it can be irradiated at the same time as the irradiation of the contour vectors A, B and / or C, which directly adjoin the first area vector.
  • the inventive advantages can be achieved in terms of optimizing the process time and improving the structure and surface properties, such as the dimensional accuracy of difficult-to-produce areas of the component to be produced, in particular of cavities and / or edge areas.
  • the irradiation pattern 10 is preferably defined in such a way that the second area vector 2 can be irradiated simultaneously with the contour vectors E and D.
  • the second surface vector 2 represents a con The vector for the contour vectors D and E, which limit the second area vector 2, is close to the turn.
  • the proposed irradiation pattern 10 is further defined by the method according to the invention so that the third area vector 3 and the contour vectors F, G and H bordering it are irradiated simultaneously with the third area vector 3 in a later irradiation for the additive manufacture of the component can.
  • a computer program or data set is preferably created by the present inventive definition of the irradiation pattern, which is transferred, for example, as a CAM data set to a controller 100 and then one or more corresponding irradiation devices or beam units (compare beam units S1 and S2) according to the fixed can control laid irradiation pattern 10 in order to achieve advantageous structural results in the additive manufacturing of the corresponding component.
  • the area vector 1 shown on the left is irradiated in continuous line operation and at the same time the account vectors A, B and C in pulsed operation.
  • the second area vector 2 is preferably continuously irradiated and, at the same time, the contour vectors D and E in pulsed operation.
  • the third surface vector 3 which is also preferably continuously and simultaneously the contour vectors F, G and H are irradiated in pulsed operation.
  • contour irradiation for a given irradiation area or a given irradiation pattern is no longer carried out after a corresponding area irradiation of the area, but in sections simultaneously with the area irradiation, as shown.
  • a beam unit or additive manufacturing system is programmed with the irradiation pattern 10 defined as described above or a corresponding CAM file is read, for example into a corresponding controller, the left front area (compare the area around the first surface vector 1 in FIG 3) a corresponding layer L according to the irradiation pattern 10 are irradiated and solidified ver.
  • a central area of the layer L (compare the area around the second area vector 2 in FIG. 3) is then preferably irradiated.
  • a right rear area of the layer L is irradiated.
  • one, two, three or more, for example four, five, six or more, in particular ten, 20, 50 or more contour vectors can alternatively or additionally be defined for each near-contour area vector an irradiation pattern 10 is considered to enclose the area vectors immediately. How many contour vectors are precisely defined or specified around a given area vector depends on the individual geometry of the component to be produced.
  • the component to be produced additively is preferably a component that is used in the hot gas path of a flow machine, for example a gas turbine.
  • the component can be a blade or guide vane, a segment or ring segment, a burner part or a burner tip, a frame, a shield, a heat shield, a nozzle, seal, a filter, a mouth or lance, a resonator, punch or denote a swirler, or a corresponding transition, insert, or a corresponding retrofit part.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Festlegen eines Bestrahlungsmusters (10) einer Materialschicht (L) für die pulverbettbasierte additive Herstellung angegeben. Das Verfahren umfasst das Festlegen eines Flächenvektors (1, 2, 3) für das Bestrahlungsmuster (10) zum Programmieren einer ersten Strahleinheit (S1), und das Festlegen eines Konturvektors (A, B, C, D, E, F, G, H) für das Bestrahlungsmuster (10) zum Programmieren einer zweiten Strahleinheit (S2), wobei der Konturvektor (A, B, C) unmittelbar an den Flächenvektor (1, 2, 3) angrenzt und die Bestrahlung des Flächenvektors (1, 2, 3) zeitlich mit der Bestrahlung des Konturvektors (A, B, C) zusammenfällt. Weiterhin wird ein entsprechendes Verfahren zum selektiven Bestrahlen, ein entsprechendes additives Herstellungsverfahren, eine entsprechende Steuerung, sowie Computerprogrammprodukt angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Festlegen eines Bestrahlungsmusters, Verfahren zum selektiven Bestrahlen und Steuerung für die additive Her stellung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festle gen oder Definieren eines Bestrahlungsmusters einer oder für eine Materialschicht für die pulverbettbasierte additive Her stellung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum selektiven Bestrahlen, ein ent sprechendes additives Herstellungsverfahren, vorzugsweise se lektives Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen, sowie eine Steuerung, welche eingerichtet ist, Strahleinheiten oder Bestrahlungseinrichtungen gemäß dem festgelegten Bestrah lungsmuster anzusteuern. Weiterhin wird ein Computerprogramm produkt angegeben, welches Befehle zum Festlegen des genann ten Bestrahlungsmusters umfasst.
Die generative oder additive Fertigung wird aufgrund ihres für die Industrie disruptiven Potenzials zunehmend interes sant auch für die Serienherstellung von Bauteilen aus Hoch leistungswerkstoffen, wie beispielsweise Turbinenschaufeln oder anderen Komponenten des Heißgaspfades von Gasturbinen.
Additive Herstellungsverfahren (englisch: „additive manufac- turing") umfassen beispielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laserschmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS), oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) . Weitere additive Verfah ren sind beispielsweise „Directed Energy Deposition (DED) "- Verfahren, insbesondere Laserauftragschweißen, Elektronen strahl-, oder Plasma-Pulverschweißen, Drahtschweißen, metal lischer Pulverspritzguss, sogenannte „sheet lamination"- Verfahren, oder Spritzverfahren (VPS LPPS, GDCS) .
Additive Fertigungsverfahren haben sich bereits als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran ge staltete Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbe sondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs oder Fertigungsschritt eines Bauteils weitgehend auf Basis einer entsprechenden CAD-Datei und der Wahl entsprechender Herstellungsparameter erfolgen kann.
Geometrisch komplizierte Formgebungen oder Gestaltungen prä destinieren zwar aufgrund geeigneter Fertigungslosgrößen zu nehmend auch Bauteile oder Komponenten aus Hochleistungsle gierungen oder Superlegierungen, für additive Fertigungsrou ten. Dennoch bestehen zumindest für pulverbettbasierte Ver fahren („PBF" für „powder bed fusion") Einschränkungen hin sichtlich der erreichbaren Oberflächenrauheit, welche sich zumindest für innen liegende Bereiche eines Bauteils kaum o- der gar nicht nachbearbeiten oder verbessern lässt. Die Maß haltigkeit der additiv gefertigten Komponenten steht weiter hin häufig konventionell gefertigten Teilen nach. Dies gilt insbesondere für überhängende Bereiche von Komponenten, die aus dem Pulverbett kaum mit ausreichender Genauigkeit und Strukturgüte aufzubauen sind. Das liegt zum einen an der Schwierigkeit, Wärme aus dem Pulverbett abzuführen, wenn un terhalb eines Überhangs lediglich thermischen quasi isolie rendes Pulver angeordnet ist und keine die Wärme ausreichend ableitende Struktur. Weiterhin werden umliegende Pulverparti kel während der Verfestigung des entsprechenden überhängenden Bereichs in das Schmelzbad hineingezogen und die Oberflächen qualität dadurch drastisch verschlechtert.
Die Größe eines Schmelzbades bei selektiven Schmelzprozessen hängt zwar von einer Mehrzahl von Bestrahlungs- oder Herstel lungsparametern ab. Üblicherweise aber ist das Schmelzbad zwei- bis dreimal mal so breit wie ein gängiger Energie- oder Laserstrahldurchmesser und etwa drei- bis fünfmal so tief wie eine verfahrensübliche Schichtdicke, welche beispielsweise zwischen 20 und 40 pm betragen kann. Experimente haben gezeigt, dass ein besonders kontrollierter Energieeintrag während der selektiven Bestrahlung bzw. wäh rend des Verfestigens eines, insbesondere pulvertörmigen, Ba sismaterials für das entsprechend aufzubauende Bauteil durch einen gepulsten Bestrahlungsbetrieb, beispielsweise einen ge pulsten Laser, gelingen kann. Dies liegt an dem für den ge pulsten Betrieb grundsätzlich verkleinerten Schmelzbad wäh rend des (selektiven) Schweißprozesses. Dadurch lässt sich sowohl eine Oberflächengüte und auch die Maßhaltigkeit eines Bauteils, dessen Geometrie für die additive Fertigung meis tens durch eine CAD-Datei vorgegeben wird, deutlich verbes sern. Dies geschieht allerdings auf Kosten einer stark ver längerten Prozesszeit für den Aufbau, da der gepulste Be strahlungsbetrieb - verglichen mit einer kontinuierlichen Be strahlung im Dauerstrichbetrieb - deutlich langsamer ist. Die Prozesszeit ist indes einer der maßgeblichen Treiber für die Kosten additive Prozesse, insbesondere in der industriali sierten Fertigung.
Ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen, enthaltend eine Randbereichsbestrahlung einer Materialschicht mit einem ge pulsten Laser sowie eine entsprechende Bestrahlungsvorrich tung ist beispielsweise bekannt aus EP 3 022 008 Bl. Darin ist beschrieben, dass sich insbesondere die Qualität des Randbereichs der aufzubauenden Struktur durch die gepulste Laserbestrahlung verbessern lässt. Nachteilhaft ist dennoch die Prozesszeit zur Bestrahlung des Randbereichs, welche na hezu grundsätzlich nachträglich zu einer Flächenbestrahlung (sogenanntes „hatching") zu erfolgen hat.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit denen ein guter Kompromiss zwischen der erfor derlichen Prozesszeit und der Struktur oder Oberflächengüte des aufzubauenden Bauteils gefunden werden kann. Mehr noch, es werden Mittel angegeben, mit denen eine Kontur- oder Rand bereichsbestrahlung eines Bauteils maßgeblich verbessert wer den kann, ohne die Prozesszeit eines Bauteils zu beeinträch- tigen, welches ohne entsprechende Verbesserungen aufgebaut wird .
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Pa tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge genstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen oder Definieren eines Bestrahlungsmusters einer Materialschicht, insbesondere für die pulverbettbasierte ad ditive Herstellung. Die Materialschicht bezeichnet vorzugs weise eine Schicht aus einem Basismaterial für ein entspre chend aufzubauendes Bauteil, wie ein Pulver, eine Flüssigkeit oder ein paströses Material.
Das Verfahren umfasst das Festlegen eines Flächenvektors für das Bestrahlungsmuster zum Programmieren einer ersten Strah leinheit. Die erste Strahleinheit umfasst vorzugsweise eine Strahlquelle oder Quelle eines Energiestrahls zum selektiven Verfestigen der Materialschicht und eine entsprechende Ein richtung oder Optik zum Führen oder Steuern des entsprechen den Energiestrahls. Die erste Strahleinheit ist vorzugsweise eingerichtet zur Bestrahlung der Materialschicht entlang von Flächenvektoren im Dauerstrichbetrieb („continuous wave Ope ration" ) .
Der Ausdruck „Flächenvektor" bezeichnet vorliegend vorzugs weise einen Vektor oder eine Hauptrichtung, entlang der ein von der ersten Strahleinheit ausgehender Energiestrahl, ins besondere Laserstrahl, im Wege einer entsprechenden selek tiven Bestrahlung oder additiven Fertigung über die Material schicht geführt oder gerastert wird. Der Flächenvektor kann ein „Schraffurvektor" sein, entlang dessen, große Flächen der Materialschicht flächendeckend gerastert werden. Dieser Vek tor kann weiterhin eine Haupt- oder Trägerrichtung für die Flächenbestrahlung bezeichnen, welche mit weiteren „Untervek toren" moduliert ist. Das Verfahren umfasst weiterhin das Festlegen eines Kontur vektors für das Bestrahlungsmuster zum Programmieren einer zweiten Strahleinheit. Die zweite Strahleinheit umfasst vor zugsweise eine Strahlquelle oder Quelle eines Energiestrahls zum selektiven Verfestigen der Materialschicht und eine ent sprechende Einrichtung oder Optik zum Führen oder Steuern des entsprechenden Energiestrahls. Die zweite Strahleinheit ist vorzugsweise eingerichtet zur Bestrahlung der Materialschicht entlang von Konturvektoren im Pulsbetrieb („pulsed wave Ope ration" ) .
Der Ausdruck „Konturvektor" bezeichnet vorliegend vorzugswei se einen Vektor oder eine Trajektorie, entlang der ein von der zweiten Strahleinheit ausgehender Energiestrahl, insbe sondere Laserstrahl, im Wege einer entsprechenden selektiven Bestrahlung oder additiven Fertigung über die Materialschicht geführt oder gerastert wird.
Der Ausdruck „Programmieren" soll in dem vorliegenden Kontext bedeuten, dass Daten des festgelegten Bestrahlungsmusters bzw. Daten oder Informationen der vorliegenden Flächen- oder Konturvektoren - beispielsweise in Form oder im Rahmen eines CAM-Verfahrens („Computer-Aided-Manufacturing" ) - an eine
Steuerung oder an die entsprechende Strahleinheit selbst oder direkt übergeben oder eingelesen werden.
Bei dem beschriebenen Verfahren grenzt der Konturvektor un mittelbar an den Flächenvektor an. In diesem Sinne ist der bezeichnete Flächenvektor ein konturnaher Flächenvektor.
Weiterhin erfolgt im Rahmen des beschriebenen Verfahrens die Bestrahlung des Flächenvektors derart, dass sie zeitlich mit der Bestrahlung des Konturvektors zusammenfällt. Mit anderen Worten findet die Bestrahlung des Flächenvektors zumindest teilweise gleichzeitig mit der Bestrahlung des Konturvektors statt, oder umgekehrt. Durch diesen zumindest teilweise zeitlichen Überlapp zweier verschiedener Bestrahlungsarten (kontinuierlich und gepulst) und der Nutzung zweier verschiedener Strahleinheiten, bei spielsweise einer Lasereinheit zur kontinuierlichen Flächen bestrahlung und einer Lasereinheit zur gepulsten Konturbe strahlung, kann die Prozesszeit additiver Fertigungsprozesse vorteilhafterweise reduziert und gleichzeitig eine besonders vorteilhafte Randstruktur oder Kontur des aufzubauenden Bau teils erzielt werden. Die Idee, die entsprechende Bestrahlung von Fläche und Kontur der Materialschicht gleichzeitig durch zuführen, ist keinesfalls trivial sondern erfordert parallel die Nutzung unterschiedlicher Bestrahlungsarten samt der Be reitstellung und Programmierung der erforderlichen „hardware" bzw. Strahleinheiten. Voraussetzung ist also bereits eine Multilaser- oder Multistrahlanlage für die additive Herstel lung .
Um weiterhin einen Energieeintrag in die Materialschicht wäh rend des Bestrahlens oder während der Herstellung des Bau teils hinreichend kontrollieren zu können, ist es erforder lich, die beschriebene Bestrahlung der Kontur entlang des o der der Konturvektoren und die Flächenbestrahlung entlang des oder der Flächenvektoren sowohl zeitlich als auch räum lich hinreichend parallel bzw. simultan durchzuführen, um die aus der Materialschicht schichtweise und selektiv aufzubauen de Struktur nicht durch einen übermäßigen Energieeintrag zu schädigen. Dem Fachmann ist bekannt, dass sowohl ein unzu reichender Energieeintrag als auch eine zu hohe eingebrachte Energie das Strukturergebnis des Bauteils gleichermaßen be einträchtigen, und zu strukturellen Poren, Rissen und/oder chemischen Disproportionierungen führen kann. Die im Wege der Bestrahlung in die Materialschicht einzubringende Energie muss also genau kontrolliert werden.
In einer Ausgestaltung ist das beschriebene Verfahren ein CAM-Verfahren . In einer Ausgestaltung werden pro Flächenvektor ein, zwei, drei oder mehr Konturvektoren festgelegt, welche diesen (kon turnahen) Flächenvektor - in Aufsicht auf das Bestrahlungs muster betrachtet - unmittelbar umschließen. Durch diese Aus gestaltung können die entsprechenden Konturbereiche des Be strahlungsmusters, welche an einen bestimmten Flächenvektor angrenzen, vorteilhafterweise zeitgleich und auch räumlich eng korreliert, bestrahlt werden. Dadurch kann wiederum der Wärmeeintrag in die Schicht vorteilhaft genau kontrolliert werden, was insbesondere beim additiven Aufbau von Komponen ten aus Hochleistungslegierungen besonders wichtig ist. Ins besondere kann der Entstehung von Heißrissen oder entspre chenden Risszentren sowie der Verspannung des gesamten Auf baus auf zweckmäßige und vorteilhafte Weise vorgebeugt wer den .
In einer Ausgestaltung werden pro Flächenvektor vier, fünf, sechs oder mehr Konturvektoren festgelegt, welche diesen (konturnahen) Flächenvektor unmittelbar umschließen. Die zu der vorherigen Ausgestaltung beschriebenen Vorteile gelten zu dieser Ausgestaltung ebenfalls bzw. analog.
In einer Ausgestaltung werden pro Flächenvektor mindestens zehn, mindestens 20, mindestens 50 oder mehr Konturvektoren festgelegt, welche diesen (konturnahen) Flächenvektor unmit telbar umschließen. Die zu der vorherigen Ausgestaltung be schriebenen Vorteile gelten zu dieser Ausgestaltung ebenfalls bzw. analog.
In einer Ausgestaltung wird der Flächenvektor zur flächende ckenden Bestrahlung der Materialschicht derart festgelegt, dass er eine, beispielsweise mäander- oder streifenartige, Modulation oder Überstruktur von Teilvektoren aufweist. Diese Ausgestaltung kann insbesondere vorgesehen werden, um große Flächenbereiche der Materialschicht zu bestrahlen.
In einer Ausgestaltung werden sämtliche Konturvektoren eines zusammenhängenden Bestrahlungsbereichs des Bestrahlungsmus- ters derart festgelegt, dass sie entlang derselben Umfangs- richtung des Bestrahlungsbereichs ausgerichtet sind. Mit an deren Worten sind gemäß dieser Ausgestaltung vorzugsweise sämtliche Konturvektoren entlang derselben Umfangsrichtung ausgerichtet, was sich vorteilhaft auf das Strukturergebnis der Kornstruktur und der Defektdichte der verfestigten
Schicht auswirkt. Die Ausrichtung der Konturvektoren entlang ein und derselben Umfangsrichtung bietet auch einen ökonomi schen bzw. prozesswirtschaftlichen Vorteil, da Bereiche un mittelbar nachdem die Flächenvektoren belichtet wurden, mit einer Kontur abgeschlossen werden. Das reduziert die insge samte Wartezeit zwischen Belichtungen, besonders da die ge pulste Belichtung bzw. Bestrahlung oft mit geringeren Scange schwindigkeiten durchgeführt wird, als es bei der kontinuier lichen Bestrahlung der Fall ist.
In einer Ausgestaltung werden für das Bestrahlungsmuster eine Mehrzahl von Flächenvektoren parallel zueinander festgelegt.
In einer Ausgestaltung werden für das Bestrahlungsmuster eine Mehrzahl von Konturvektoren festgelegt, welche die genannten Flächenvektoren einschließen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum selektiven Bestrahlen in der additiven Herstel lung, umfassend das Bestrahlen einer Materialschicht für die Herstellung des entsprechenden Bauteils, wobei die Material schicht gemäß dem beschriebenen Verfahren zum Festlegen des Bestrahlungsmusters bestrahlt wird und die erste Strahlein heit die Bestrahlung von Flächenvektoren des Bestrahlungsmus ters mit einem Energiestrahl, insbesondere Laser, im Dauer strichbetrieb bewirkt, und die zweite Strahleinheit die Be strahlung von Konturvektoren des Bestrahlungsmusters mit ei nem Energiestrahl, insbesondere Laser, im gepulsten Betrieb bewirkt .
Bei dem gepulsten Betrieb kann es sich beispielsweise um ei nen Betrieb mit Laser- oder Elektronenstrahlpulsen im Kurz- puls- (Millisekunden bis Nanosekunden) oder Ultrakurzpulsbe reich ( Picosekunden bis Femtosekunden) handeln.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren, umfassend das beschriebene Verfahren zum selektiven Bestrahlen, wobei eine Geometrie des Bauteils vor dem selektiven Bestrahlen durch eine CAD-Datei (CAD: „Computer-Aided-Design" ) festgelegt wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Steuerung, welche eingerichtet ist, die erste Strahleinheit und die zweite Strahleinheit zum selektiven Bestrahlen der Materialschicht gemäß dem beschriebenen festgelegten Bestrah lungsmuster anzusteuern.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Aus führung eines entsprechenden Programms durch einen Computer, diesen veranlassen, das Verfahren zum Festlegen des Bestrah lungsmusters, wie beschrieben, auszuführen.
Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm- Mittel, kann beispielsweise als (flüchtiges oder nicht flüchtiges) Speichermedium, wie z.B. eine Speicherkarte, ein USB-Stick, eine CD-ROM oder DVD, oder auch in Form einer her unterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk be reitgestellt oder umfasst werden. Die Bereitstellung kann weiterhin zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikations netzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen. Ein Computerprogrammprodukt kann Programmcode, Ma schinencode, G-Code und/oder ausführbare Programmanweisungen im Allgemeinen beinhalten.
Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorlie gend auf das Verfahren zum Festlegen des Bestrahlungsmusters, das Verfahren zum selektiven Bestrahlen oder das additive Herstellungsverfahren beziehen, können ferner die Steuerung oder das Computerprogrammprodukt betreffen, und umgekehrt.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die vorliegenden Figuren näher erläutert .
Alle bisher und im Folgenden beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander vorteilhaft. Es versteht sich, dass andere Aus führungs formen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen.
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder", wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird,
bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden.
Figur 1 zeigt eine schematische vereinfachte Schnittansicht von Materialschichten während eines additiven Her stellungsprozesses .
Figur 2 deutet anhand einer vereinfachten schematischen
Darstellung ein Bestrahlungsmuster einer Material schicht in der additiven Herstellung eines Bauteils an .
Figur 3 deutet anhand einer vereinfachten schematischen
Darstellung Flächenvektoren und Konturvektoren für ein Bestrahlungsmuster gemäß der vorliegenden Er findung an.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszei- chen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Grö ßenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständ nis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein .
Figur 1 deutet vereinfacht und lediglich qualitativ Einflüsse eines Schmelzbades auf Materialschichten an wie sie im Rahmen von pulverbettbasierten additiven Herstellungsverfahren auf- treten. Insbesondere sind einzelne Schichten L eines Basisma terials für den additiven Aufbau einer Komponente (nicht ex plizit dargestellt) durch horizontale Linien angedeutet. Die Schichten L können aus einem Pulver P oder einem anderen Ba sismaterial für das Bauteil bestehen, oder sie können bereits im verfestigten Zustand dargestellt sein. Eine Schichtdicke d der gezeigten Schichten L kann, wie lediglich beispielhaft dargestellt, 40 gm, oder auch mehr oder weniger betragen.
Im rechten Teil der Darstellung der Figur 1 ist weiterhin ein Schmelzbad WCw gezeigt, wie es beispielsweise bei selektiven Schmelzprozessen durch einen Laser oder Energiestrahl im Dau erstrichbetrieb (vergleiche Figur 3) generiert wird. Das Schmelzbad WCw erstreckt sich von einer nicht weiter gekenn zeichneten Oberfläche der Materialschichten L aus über min destens vier Schichtdicken d, d.h. mehr als 160 gm, in das Innere der Struktur bzw. Pulverschicht hinein.
Links daneben ist das Schmelzbad WPW dargestellt. Ein derarti ges Schmelzbad wird beispielsweise bei selektiven Schmelzpro zessen durch einen Laser oder Energiestrahl im gepulsten Be trieb oder Pulsbetrieb (vergleiche Figur 3) generiert. Das Schmelzbad WPW erstreckt sich von der Oberfläche der Materi alschichten L aus über lediglich eine oder zwei Schichtdicken in das Innere des Schichtstapels .
Anhand dieser Größenverhältnisse der Schmelzbäder in den un terschiedlichen Betriebsarten der Bestrahlung relativ zu den gewählten Schichtdicken wird ersichtlich, welchen Einfluss die Bestrahlung auf beispielsweise überhängende Bereiche der aufzubauenden Strukturen haben kann. Dies ist weiterhin im linken Teil der Figur 1 verdeutlicht, indem jeweils ein ge strichelter Kreis einen Hohlraum im Schichtstapel andeutet.
Ganz links ist der schichtweise Verlauf der Schmelzbäder bei Dauerstrichbestrahlung (CW) entlang eines umliegenden über hängenden Bereichs angedeutet. Die kontinuierliche Bestrah lung im Dauerstrichbetrieb kann durch eine erste Strahlein heit S1 erfolgen. Es ist jeweils zu erkennen, dass die
Schmelzbäder natürlich sehr weit in einen Bereich des Hohl raums hineinragen, und dadurch die vorgegebene Struktur des Bauteils beziehungsweise Geometrie des Hohlraums stark - re lativ zu einer Geometrievorgabe - verfälschen.
Weiter rechts ist der schichtweise Verlauf der Schmelzbäder bei gepulster Bestrahlung (PW) angedeutet. Die gepulste Be strahlung kann durch eine zweite, von der ersten Strahlein heit S1 verschiedenen, Strahleinheit S2 erfolgen. Es ist zu erkennen, dass durch die in etwa im Bereich der Schichtdicke d ausgedehnten Schmelzbäder eine einigermaßen gute Abbildung von überhängenden Strukturen im Wege der additiven Herstel lung bieten.
Figur 2 zeigt anhand einer schematischen perspektivischen An sicht ein konventionelles Bestrahlungsmuster, wie es möglich erweise für selektive Schmelzverfahren (SLM, SLS oder EBM) gewählt wird. Insbesondere sind drei Flächenbestrahlungsvek toren oder Flächenvektoren 1, 2 und 3 gekennzeichnet. Diese Flächenvektoren 1, 2 und 3 sind parallel zueinander ausge richtet und erstrecken sich über die Fläche der entsprechen den Materialschicht L. Die Flächenvektoren 1, 2, 3 werden im Rahmen der Bestrahlung der Materialschicht L mit einem Ener giestrahl, welcher von einer Strahleinheit S ausgeht, vor zugsweise zuerst gerastert, um die Fläche der Schicht L zu verfestigen. Dies kann auch anhand von weiteren, beispiels weise mäanderartigen oder streifenartigen Modulationen oder Teilvektoren v erfolgen, um große Flächenbereiche der Materi alschicht L mit einem Laserstrahl zu erreichen.
Erst anschließend wird vorzugsweise eine Kontur der Material schicht L, vergleiche insbesondere Konturvektor X, welcher die Fläche der Materialschicht umfangsseitig umschließt, be strahlt .
Figur 3 zeigt nun im Gegensatz dazu eine erfindungsgemäße Be strahlungsstrategie für die Bestrahlung bzw. selektive Ver festigung einer oder einer jeden Materialschicht L.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Bestrahlungsmuster 10 erfindungsgemäß vorzugsweise derart festgelegt, dass Flä chenvektoren 1, 2, 3 für das Bestrahlungsmuster 10 zum Pro grammieren der ersten Strahleinheit S1 festgelegt werden. Weiterhin werden Konturvektoren A, B, C, D, E, F, G, H für das Bestrahlungsmuster 10 zum Programmieren der zweiten
Strahleinheit S2 festgelegt. Dies erfolgt jedoch erfindungs gemäß derart, dass diejenigen Konturvektoren, welche unmit telbar an einen (konturnahen) Flächenvektor angrenzen, zumin dest weitgehend gleichzeitig mit diesem bestrahlt werden.
Insbesondere wird der erste Flächenvektor 1 - in der in Figur 3 dargestellten Situation - derart festgelegt, dass er zeit gleich mit der Bestrahlung der Konturvektoren A, B und/oder C, welche unmittelbar an den ersten Flächenvektor angrenzen, bestrahlt werden kann. Dadurch können die erfinderischen Vor teile hinsichtlich der Optimierung der Prozesszeit sowie der Verbesserung der Struktur- und Oberflächeneigenschaften, so wie der Maßhaltigkeit von schwierig herzustellenden Bereichen des herzustellenden Bauteils, insbesondere von Hohlräumen und/oder Randbereichen, erreicht werden.
Analog zu dieser Beschreibung wird das Bestrahlungsmuster 10 vorzugsweise derart festgelegt, dass der zweite Flächenvektor 2 zeitgleich mit den Konturvektoren E und D bestrahlt werden kann. Auch hier stellt der zweite Flächenvektor 2 einen kon- turnahen Vektor für die Konturvektoren D und E, welche den zweiten Flächenvektor 2 begrenzen, dar.
Das vorgeschlagene Bestrahlungsmuster 10 wird durch das er findungsgemäße Verfahren weiterhin so definiert, dass der dritte Flächenvektor 3 und die diesen berandenden Konturvek toren F, G und H in einer späteren Bestrahlung für die addi tive Herstellung des Bauteils zeitgleich mit dem dritten Flä chenvektor 3 bestrahlt werden können.
Der Ausdruck „gleichzeitig" bzw. „zeitgleich" soll vorliegend bedeuten, dass die Bestrahlung der Kontovektoren, wie be schrieben, welche eingegebenen Flächenvektor umrandeten, vor zugsweise in einem Zeitintervall erfolgt, in dem ohnehin eine Bestrahlung des Flächenvektors vorgesehen ist, um keine Pro zesszeit zu verlieren.
Vorzugsweise wird durch die vorliegend erfindungsgemäße Defi nition des Bestrahlungsmusters ein Computerprogramm oder Da tensatz geschaffen, welcher beispielsweise als CAM-Datensatz an eine Steuerung 100 übergeben und diese dann eine oder meh rere entsprechende Bestrahlungsvorrichtungen oder Strahlein heiten (vergleiche Strahleinheit S1 und S2) gemäß des festge legten Bestrahlungsmusters 10 ansteuern kann, um zu vorteil haften Strukturergebnissen in der additiven Herstellung des entsprechenden Bauteils zu gelangen.
Insbesondere wird beispielsweise im Wege der selektiven Be strahlung der ganzen Materialschicht L mit der Strahleinheit S1 zunächst der links dargestellte Flächenvektor 1 im Dauer strichbetrieb bestrahlt und gleichzeitig die Kontovektoren A, B und C im gepulsten Betrieb. Analog dazu wird erfindungsge mäß vorzugsweise weiterhin der zweite Flächenvektor 2 konti nuierlich bestrahlt und gleichzeitig die Konturvektoren D und E im gepulsten Betrieb. Gleiches gilt für den dritten Flä chenvektor 3, welcher ebenfalls vorzugsweise kontinuierlich und simultan dazu die Konturvektoren F, G und H im gepulsten Betrieb bestrahlt werden. Erfindungsgemäß erfolgt also eine Konturbestrahlung für einen vorgegebenen Bestrahlungsbereich oder ein vorgegebenes Be strahlungsmuster auch nicht mehr anschließend an eine ent sprechende Flächenbestrahlung des Bereichs, sondern ab schnittsweise gleichzeitig mit der Flächenbestrahlung, wie dargestellt .
Sofern eine Strahleinheit oder additive Herstellungsanlage mit dem wie oben beschrieben festgelegten Bestrahlungsmuster 10 programmiert bzw. eine entsprechende CAM-Datei, beispiels weise in eine entsprechende Steuerung, eingelesen wird, kann zunächst der linke vordere Bereich (vergleiche den Bereich um den ersten Flächenvektor 1 in Figur 3) einer entsprechenden Schicht L gemäß dem Bestrahlungsmuster 10 bestrahlt und ver festigt werden. Anschließend wird vorzugsweise ein mittlerer Bereich der Schicht L (vergleiche den Bereich um den zweiten Flächenvektor 2 in Figur 3) bestrahlt. Anschließend wird vor zugsweise ein rechter hinterer Bereich der Schicht L (ver gleiche den Bereich um den dritten Flächenvektor 3 in Figur 3) bestrahlt.
Anders als in Figur 3 dargestellt, können erfindungsgemäß al ternativ oder zusätzlich pro konturnahem Flächenvektor ein, zwei, drei oder mehr, beispielsweise vier, fünf, sechs oder mehr, insbesondere zehn, 20, 50 oder mehr Konturvektoren festgelegt werden, welche beispielsweise in Aufsicht auf ein Bestrahlungsmuster 10 betrachtet die Flächenvektoren unmit telbar umschließen. Wie viele Konturvektoren um einen gegebe nen Flächenvektor herum genau definiert oder festgelegt wer den, ist abhängig von der individuellen Geometrie der herzu stellenden Komponente.
Es ist für ein Fachmann vorliegend klar, dass für die vorge schlagene Bestrahlungsstrategie nicht nur das geometrische Bestrahlungsmuster, wie beschrieben, angepasst wird, sondern eine Anpassung an das Bestrahlungsmuster 10 auch für weitere Bestrahlungsparameter, wie beispielsweise eine Scan- oder Be- Strahlungsgeschwindigkeit, Laserleistung, einen Spur- oder Streifenabstand und/oder Streifenbreite oder anderer Parame ter, wie Materialparameter, angepasst wird. Bei dem additiv herzustellenden Bauteil handelt es sich vor zugsweise um ein Bauteil, welches im Heißgaspfad einer Strö mungsmaschine, beispielsweise einer Gasturbine eingesetzt wird. Insbesondere kann das Bauteil eine Lauf- oder Leit schaufel, ein Segment oder Ringsegment, ein Brennerteil oder eine Brennerspitze, eine Zarge, eine Schirmung, ein Hitze schild, eine Düse, Dichtung, einen Filter, eine Mündung oder Lanze, einen Resonator, Stempel oder einen Wirbler bezeich nen, oder einen entsprechenden Übergang, Einsatz, oder ein entsprechendes Nachrüstteil.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombi nation selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Festlegen eines Bestrahlungsmusters (10) einer Materialschicht (L) für die pulverbettbasierte additive Herstellung, umfassend die folgenden Schritte:
Festlegen eines Flächenvektors (1,2,3) für das Bestrah lungsmuster (10) zum Programmieren einer ersten Strahlein heit (S1 ) ,
Festlegen eines Konturvektors (A, B, C, D, E, F, G, H) für das Bestrahlungsmuster (10) zum Programmieren einer zweiten Strahleinheit (S2), wobei der Konturvektor (A,B,C) unmit telbar an den Flächenvektor (1,2,3) angrenzt und die Be strahlung des Flächenvektors (1,2,3) zeitlich mit der Be strahlung des Konturvektors (A, B,C) zusammenfällt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, welches ein CAM-Verfahren ist .
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei pro Flächenvek tor (1,2,3) ein, zwei, drei oder mehr Konturvektoren (A,B,C) festgelegt werden, welche den Flächenvektor (1,2,3) in Auf sicht auf das Bestrahlungsmuster (10) unmittelbar umschlie ßen .
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei der Flächenvektor (1,2,3) zur flächendeckenden Bestrah lung der Materialschicht (L) derart festgelegt wird, dass er eine, beispielsweise mäander- oder streifenartige, Modulation oder Überstruktur von Teilvektoren (v) aufweist.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei sämtliche Konturvektoren (A, B, C, D, E, F, G, H) eines zusam menhängenden Bestrahlungsbereichs des Bestrahlungsmusters (10) derart festgelegt werden, dass sie entlang derselben Um fangsrichtung des Bestrahlungsbereichs ausgerichtet sind.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei für das Bestrahlungsmuster (10) eine Mehrzahl von Flä- chenvektoren (1,2,3) parallel zueinander festgelegt werden, und eine Mehrzahl von Konturvektoren (A, B,C), welche diese Flächenvektoren (1,2,3) einschließen.
7. Verfahren zum selektiven Bestrahlen in der additiven Herstellung, umfassend das Bestrahlen einer Materialschicht (L) für die Herstellung eines Bauteils, wobei die Material schicht (L) gemäß dem nach einem der vorhergehenden Ansprüche festgelegten Bestrahlungsmuster (10) bestrahlt wird, und die erste Strahleinheit (Sl) die Bestrahlung von Flächenvektoren (1,2,3) des Bestrahlungsmusters (10) mit einem Energiestrahl, insbesondere Laser, im Dauerstrichbetrieb (CW) bewirkt, und die zweite Strahleinheit (S2) die Bestrahlung von Konturvek toren (A,B,C) des Bestrahlungsmusters (10) mit einem Energie strahl, insbesondere Laser, im gepulsten Betrieb (PW) be wirkt .
8. Additives Herstellungsverfahren umfassend das Verfahren zum selektiven Bestrahlen nach Anspruch 7, wobei eine Geomet rie des Bauteils vor dem selektiven Bestrahlen durch eine CAD-Datei festgelegt wird.
9. Steuerung (100), welche eingerichtet ist, eine erste Strahleinheit (Sl) und eine zweite Strahleinheit (S2) zum se lektiven Bestrahlen einer Materialschicht (L) gemäß dem nach einem der vorhergehenden Ansprüche festgelegten Bestrahlungs muster (10), anzusteuern.
10. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung eines entsprechenden Programms durch einen Compu ter, diesen veranlassen, das Verfahren gemäß einem der An sprüche 1 bis 6 auszuführen.
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