WO2024012711A1

WO2024012711A1 - Method for molten-bath monitoring, and device for the additive manufacture of components

Info

Publication number: WO2024012711A1
Application number: PCT/EP2022/083434
Authority: WO
Inventors: Robert FLEISCHER
Original assignee: Dmg Mori Additive Gmbh
Priority date: 2022-07-15
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2024-01-18
Also published as: DE102022117773A1

Abstract

The invention relates to a method for a device for building components layer by layer from powder material by means of optical interaction according to the method of selective laser melting, in which method, in one step, radiation reflection can be received, and, on the basis of the received radiation reflection, an electric signal can be generated for monitoring the molten bath. Testing intervals are provided in which the electric signal that has been generated is compared and, if necessary, adjusted in order to obtain optimal molten-bath monitoring.

Description

Verfahren zur Schmelzbadüberwachung und Vorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen Method for melt pool monitoring and device for the additive manufacturing of components

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmelzbadüberwachung, mit dem es auf effiziente Weise möglich ist, eine möglichst exakte Überwachung des Schmelzbads zu erreichen, auch bei Verwendung verschiedener Werkstoff pulver und Fertigungsszenarien. Zudem schlägt die vorliegende Erfindung eine optimierte Vorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen vor, wobei die Vorrichtung bevorzugt eine integrierte Schmelzbadüberwachung aufweist. The present invention relates to a method for melt pool monitoring with which it is possible to achieve the most precise monitoring of the melt pool in an efficient manner, even when using different material powders and manufacturing scenarios. In addition, the present invention proposes an optimized device for the additive manufacturing of components, the device preferably having integrated melt pool monitoring.

Die additive Fertigung betrifft ein Verfahren zur Herstellung, bevorzugt dreidimensionaler Bauteile mittels schichtweisen Aneinanderfügens von Werkstoff. Beispielweise kann für das additive Verfahren metallisches Pulver als Grundwerkstoff verwendet werden, sodass über ein pulverbettbasiertes additives Verfahren ein Bauteil hergestellt wird. Eine Vielzahl von Prozessparametern beeinflussen hingegen die Bauteilqualität beim Laserstrahlschmelzen, welches ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren ist. Um Aussagen über die Bauteilqualität treffen zu können, kann eine Modellierung oder eine analytische Beschreibung herangezogen werden. Genauere Aussagen hingegen lassen sich meist nur unter Einsatz von Prozessüberwach ungssystemen erreichen, wie beispielsweise Messsysteme, welche das Schmelzbad des herzustellenden Bauteils während des Herstellungsvorgangs überwachen. Eine solche Überwachung ermöglicht zudem, während des Bauprozesses auf Prozessabweichungen zu reagieren, um somit die Bauteilqualität zu verbessern. Additive manufacturing refers to a process for producing, preferably three-dimensional, components by joining material together in layers. For example, metallic powder can be used as the base material for the additive process, so that a component is produced using a powder bed-based additive process. However, a large number of process parameters influence the component quality in laser beam melting, which is a powder bed-based additive manufacturing process. In order to be able to make statements about the component quality, modeling or an analytical description can be used. However, more precise statements can usually only be achieved using process monitoring systems, such as measuring systems that monitor the melt pool of the component to be manufactured during the manufacturing process. Such monitoring also makes it possible to react to process deviations during the construction process in order to improve component quality.

Eine exemplarische Vorrichtung zur additiven Herstellung von Bauteilen ist beispielsweise in der WO 2019/211476 gezeigt. Bei solchen selektiven Laserschmelzverfahren kann eine in-situ Überwachung des Schmelzbads zum Beispiel durch Auskoppelung der in der Maschinenoptik einfallenden Rückstrahlung aus dem Schmelzbad erfolgen. Die Rückstrahlung kann wiederrum einem Sensor zugeführt werden, zur Überwachung des Herstellungsverfahrens und insbesondere des Schmelzbads. An exemplary device for the additive production of components is shown, for example, in WO 2019/211476. With such selective laser melting processes, in-situ monitoring of the melt pool can be carried out, for example, by decoupling the back radiation from the melt pool that occurs in the machine optics. The back radiation can in turn be sent to a sensor are supplied to monitor the manufacturing process and in particular the melt pool.

Im selektiven Laserstrahlschmelzen von Metallen im Pulverbett besteht jedoch das Problem, dass die gängigen Metallpulver (z.B. 3.2381, 3.7165, 1.4404, 1.2709, 1.4828, 2.4856 und 2.4668) eine deutlich unterschiedlich intensive Rückstrahlung auf die Sensoren aufweisen und zudem verschiedene Spektral profi le produzieren. Der Unterschied ist so groß, dass verschieden empfindliche Sensoren nicht in der Lage sind, bei gleichbleibenden Verstärkungseinstellungen alle genannten Materialien sättigungsfrei und mit einer auswertbaren signal-to-noise-ratio abzubilden. Aufwendige Einstellarbeiten sind daher meist vor dem Prozess nötig, um eine sinnvolle Prozessüberwachung überhaupt erst zu ermöglichen. Abhängig vom jeweiligen Herstellungsprozess ist dies wiederum jeweils vor Beginn des Prozesses erneut durchzuführen. Beispielsweise wird üblicherweise manuell durch die Vorauswahl des Metallpulvers vor dem Baujob eine Voreinstellung der Anlage ausgewählt. Dieser Ansatz beinhaltet jedoch auch den Nachteil, dass er nicht auf unterschiedliche Schichtdicken und entsprechend angepasste Parametrisierung reagieren kann, insbesondere während der Herstellung eines Bauteils bzw. ohne eine Unterbrechung der Herstellung zu benötigen. However, the problem with selective laser beam melting of metals in a powder bed is that the common metal powders (e.g. 3.2381, 3.7165, 1.4404, 1.2709, 1.4828, 2.4856 and 2.4668) have significantly different levels of back radiation on the sensors and also produce different spectral profiles. The difference is so great that sensors with different sensitivities are not able to image all of the materials mentioned saturation-free and with an evaluable signal-to-noise ratio while maintaining the same gain settings. Complex adjustment work is therefore usually necessary before the process in order to enable meaningful process monitoring. Depending on the respective manufacturing process, this must be done again before the start of the process. For example, a presetting of the system is usually selected manually by pre-selecting the metal powder before the construction job. However, this approach also has the disadvantage that it cannot react to different layer thicknesses and correspondingly adapted parameterization, especially during the production of a component or without requiring an interruption in production.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welchen die genannten Nachteile reduziert oder vermieden werden können. Insbesondere ist es eine Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine möglichst genaue Prozessüberwachung erreicht werden kann und welche gleichzeitig flexibel und einfach auf verschiedene Herstellungsprozesse anzuwenden ist. Zudem ist es eine Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Schmelzbadüberwachung bei der Herstellung von additiven Bauteilen mittels selektiven Laserstrahlschmelzens genau erfolgen kann und dabei gleichzeitig die Sensorlebensdauer des für die Überwachung herangezogenen Sensors optimiert werden kann. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen zur additiven Fertigung von Bauteilen mit optimierter Prozessüberwachung und insbesondere mit optimierter Überwachung des Schmelzbads zur Beurteilung der Bauteilqualität und zur Optimierung des Herstellungsprozesses. An object of the present invention is to provide a method and a device with which the disadvantages mentioned can be reduced or avoided. In particular, it is a task to provide a method with which the most accurate possible process monitoring can be achieved and which at the same time can be applied flexibly and easily to various manufacturing processes. In addition, it is an object to provide a method with which melt pool monitoring can be carried out precisely in the production of additive components using selective laser beam melting and at the same time the sensor service life of the sensor used for monitoring can be optimized. Another task is to provide a device for the additive manufacturing of components with optimized process monitoring and in particular with optimized monitoring of the melt pool to assess the component quality and to optimize the manufacturing process.

Zur Lösung der Aufgaben werden die Merkmale der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen befinden sich in den abhängigen Ansprüchen. To solve the tasks, the features of the independent claims are suggested. Advantageous further training can be found in the dependent claims.

Ein Verfahren für eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbauen von Bauteilen aus pulverförmigem Werkstoff mittels optischer Wechselwirkung insbesondere nach dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens kann verschiedene Verfahrensschritte wie beispielsweise Empfangen der Rückstrahlung oder Erzeugen eines elektrischen Signals umfassen. Die Vorrichtung kann in einer Belichtungsphase mittels Energiestrahl in einem Bearbeitungsbereich ein Schmelzbad formen, zum Ausbilden einer Bauteilschicht durch schichtweises Verschmelzen oder Versintern von Werkstoff pulver. Die Vorrichtung kann zumindest ein Erfassungssystem mit einem Empfänger aufweisen zum Erfassen einer Rückstrahlung aus dem Bearbeitungsbereich und insbesondere dem Schmelzbad. Der Empfänger kann vorteilhaft eine Fotodiode oder ein Fotodioden-Array sein. Der Bearbeitungsbereich kann zudem einen Bereich um das Schmelzbad umfassen, beispielsweise mit einem vordefinierten Toleranzbereich um das Schmelzbad herum. Das erfindungsgemäße Verfahren kann die Schritte umfassen: Empfangen der Rückstrahlung aus dem Bearbeitungsbereich durch den Empfänger des Erfassungssystems. Basierend auf der empfangenen Rückstrahlung kann ein elektrisches Signal erzeugt werden, beispielsweise ein Sensorausgabesignal einer Fotodiode oder eines Fotodioden-Arrays. Das Ausgabesignal kann beispielsweise auch einem Sensorwert entsprechen, insbesondere einer Spannung in Volt. A method for a device for building up components from powdery material in layers by means of optical interaction, in particular according to the method of selective laser melting, can include various method steps such as, for example, receiving the back radiation or generating an electrical signal. In an exposure phase, the device can form a melt pool in a processing area using an energy beam to form a component layer by layer-by-layer fusing or sintering of material powder. The device can have at least one detection system with a receiver for detecting return radiation from the processing area and in particular the melt pool. The receiver can advantageously be a photodiode or a photodiode array. The processing area can also include an area around the melt pool, for example with a predefined tolerance range around the melt pool. The method according to the invention can include the steps: receiving the return radiation from the processing area by the receiver of the detection system. Based on the received back radiation, an electrical signal can be generated, for example a sensor output signal from a photodiode or a photodiode array. The output signal can also correspond, for example, to a sensor value, in particular a voltage in volts.

Das Verfahren kann zudem die Schritte umfassen: Wenn in einem Prüfintervall das erzeugte elektrische Signal als Eingangssignal für das Prüfintervall von zumindest einem vorgebbaren Sollbereich und/oder Sollwert abweicht, Anpassung des erzeugten elektrischen Signals. Das Prüfintervall kann nach Auftreten vorbestimmter Ereignisse, wie beispielsweise dem Erreichen eines Auslösewerts am Empfänger, gestartet werden. The method can also include the steps: If in a test interval the electrical signal generated as an input signal for the test interval deviates from at least a predeterminable target range and/or target value, adaptation of the generated electrical signal. The test interval can occur after occurrence predetermined events, such as when a trigger value is reached at the receiver, can be started.

Vorteilhaft können ein oder mehrere Prüfintervalle nacheinander durchgeführt werden, wobei die Prüfintervalle vorteilhaft während der Belichtungsphase durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft kann bereits mit dem Start der Belichtungsphase auch gleichzeitig das erste Prüfintervall gestartet werden, sodass gleichzeitig mit der ersten Belichtung des Werkstoff pulvers auch eine Prüfung der empfangenen Rückstrahlung und eine Erzeugung eines elektrischen Signals durchgeführt werden können. One or more test intervals can advantageously be carried out one after the other, with the test intervals advantageously being carried out during the exposure phase. Particularly advantageously, the first test interval can also be started at the start of the exposure phase, so that a test of the received back radiation and a generation of an electrical signal can also be carried out at the same time as the first exposure of the material powder.

Vorteilhaft kann das erzeugte elektrische Signal im Prüfintervall mit einem vorgegebenen Sollbereich oder einem vorgegebenen Sollwert verglichen werden und eine Abweichung kann festgestellt werden. Somit kann in einem Prüfintervall festgestellt werden, ob das elektrische Signal beispielsweise eine untere Schwelle und/oder eine obere Schwelle überschreitet und vorteilhaft kann das Ausmaß der Abweichung festgestellt werden. Advantageously, the generated electrical signal can be compared with a predetermined target range or a predetermined target value in the test interval and a deviation can be determined. It can therefore be determined in a test interval whether the electrical signal exceeds a lower threshold and/or an upper threshold, for example, and the extent of the deviation can advantageously be determined.

Besonders vorteilhaft gibt der Sollbereich oder der Sollwert einen Idealbereich des Empfängers (oder der Fotodiode oder des Fotodioden-Arrays) an. In diesem Idealbereich kann eine besonders hohe Messgenauigkeit erreicht werden und der Verschleiß des Empfängers kann minimal gehalten werden. Wird nun beispielsweise im Prüfintervall eine unerwünschte Abweichung festgestellt, so kann eine Anpassung des Verstärkungsfaktors des Erfassungssystems durchgeführt werden. Somit kann das Verfahren insbesondere zusätzlich den Schritt umfassen der Anpassung des Verstärkungsfaktors des Erfassungssystems, wenn in einem Prüfintervall das erzeugte elektrische Signal von zumindest einem vorgebbaren Sollbereich und/oder Sollwert abweicht. Vorteilhaft kann die Anpassung durch elektronische Anpassung des Verstärkungsfaktors des Erfassungssystems erreicht werden und/oder durch mechanische Anpassung zumindest eines dem Empfänger im Strahlengang der Rückstrahlung vorgeschalteten optischen Filters. Wird somit in einem Prüfintervall eine unerwünschte Abweichung von einem Sollwert und/oder Sollbereich festgestellt, so kann eine elektronische Anpassung des Verstärkungsfaktors durch Anpassung einer oder mehrerer elektronischer Komponenten des Schaltkreises am Empfänger oder der Fotodiode (direkt) vorgenommen werden, sodass eine unmittelbare Änderung des Verstärkungsfaktors erreicht werden kann. Zusätzlich und/oder alternativ kann auch durch mechanisches Bewegen eines Filters in den Strahlengang der Rückstrahlung vor dem Empfänger eine Anpassung der Intensität der Rückstrahlung erreicht werden. Durch Vorschieben beispielsweise eines optischen Filters (insbesondere Neutraldichtefilter) kann daher die Intensität der Rückstrahlung, welche auf dem Empfänger auftritt, reduziert werden, wodurch wiederum die Intensität des erzeugten elektrischen Signals verändert werden kann und insbesondere abgeschwächt werden kann. The target range or the target value particularly advantageously indicates an ideal range of the receiver (or the photodiode or the photodiode array). In this ideal range, a particularly high measurement accuracy can be achieved and wear on the receiver can be kept to a minimum. If, for example, an undesirable deviation is detected in the test interval, the amplification factor of the detection system can be adjusted. The method can therefore in particular additionally include the step of adjusting the amplification factor of the detection system if the electrical signal generated deviates from at least one predeterminable target range and/or target value in a test interval. The adaptation can advantageously be achieved by electronically adapting the amplification factor of the detection system and/or by mechanically adapting at least one optical filter connected upstream of the receiver in the beam path of the return radiation. If there is an undesirable deviation from a target value and/or in a test interval Once the target range has been determined, the gain factor can be adjusted electronically by adjusting one or more electronic components of the circuit on the receiver or the photodiode (directly), so that an immediate change in the gain factor can be achieved. Additionally and/or alternatively, an adjustment of the intensity of the reflected radiation can also be achieved by mechanically moving a filter into the beam path of the reflected radiation in front of the receiver. By advancing, for example, an optical filter (in particular a neutral density filter), the intensity of the back radiation that occurs on the receiver can be reduced, which in turn can change the intensity of the electrical signal generated and in particular can attenuate it.

Vorteilhaft kann das elektrische Signal direkt aus der empfangenen Rückstrahlung des Empfängers erzeugt werden, beispielsweise als Ausgangssignal einer Fotodiode oder eines Fotodioden-Arrays als Empfänger. Vorgeschlagen wird somit eine Möglichkeit der empfängerausgangseitigen Anpassung des ausgegebenen elektrischen Signals, insbesondere der Intensität des Signals wie auch eine empfängereingangsseitige Anpassung durch Vorschalten von optischen Filtern, dynamisch im Prüfintervall und bevorzugt abhängig von der Abweichung vom Sollbereich und/oder Sollwert. The electrical signal can advantageously be generated directly from the received back radiation of the receiver, for example as an output signal of a photodiode or a photodiode array as a receiver. What is therefore proposed is a possibility of adapting the output electrical signal on the receiver output side, in particular the intensity of the signal, as well as adapting the receiver input side by connecting optical filters, dynamically in the test interval and preferably depending on the deviation from the target range and/or target value.

Besonders vorteilhaft kann die Stärke der Anpassung auch abhängig vom festgestellten Abweichungswert vom Sollbereich und/oder Sollwert selektiert werden (z.B. direkt proportional), sodass beispielsweise bei einer starken Abweichung vom Sollwert auch eine starke Anpassung des Verstärkungsfaktors erreicht werden kann. Durch die dynamische Anpassung, insbesondere während des Prüfintervalls, kann das elektrische Signal zentral an einer vorgebaren Messskala angeordnet werden, unabhängig vom verwendeten Werkstoffmaterial und den Fertigungsschritten wie beispielsweise der Dicke der zu fertigenden Werkstoffschicht. Somit ist es mit dem vorgeschlagenen Verfahren möglich sein, dynamisch in einem Prüfintervall während der Belichtungsphase mittels Energiestrahl die Verstärkung des Empfängers anzupassen und auf einen Idealwert zu justieren. Für jedes Material ist somit das Signal exakt in der Mitte der Messskala und eine Aussage über Intensitätsminima und -maxima material- und parameterisierungsunabhängig möglich. Es ergibt sich somit eine deutlich vereinfachte allgemeine Analytik der Signale da sowohl Intensitätsminima wie auch -maxima einen pa reto-optimal en Wertebereich annehmen. Particularly advantageously, the strength of the adjustment can also be selected depending on the determined deviation value from the target range and/or target value (eg directly proportional), so that, for example, in the event of a strong deviation from the target value, a strong adaptation of the gain factor can also be achieved. Due to the dynamic adjustment, especially during the test interval, the electrical signal can be arranged centrally on a predetermined measuring scale, regardless of the material used and the manufacturing steps such as the thickness of the material layer to be manufactured. It is therefore possible with the proposed method to use dynamically in a test interval during the exposure phase Energy beam to adjust the gain of the receiver and adjust it to an ideal value. For each material, the signal is exactly in the middle of the measurement scale and a statement about intensity minimums and maximums is possible, regardless of the material and parameterization. This results in a significantly simplified general analysis of the signals since both intensity minimums and maximums assume a par reto-optimal value range.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann wiederum das angepasste elektrische Signal zur Beurteilung der Bauteilgüte herangezogen werden und/oder direkt als Prozesseingabeparameter zur Adaption des Prozesses und somit zur Optimierung der Herstellung des aktuell belichteten Bauteils. Dazu kann beispielsweise das angepasste elektrische Signal der Maschinensteuerung der additiven Fertigungsanlage direkt zugeführt werden. In an advantageous development, the adapted electrical signal can in turn be used to assess the component quality and/or directly as a process input parameter to adapt the process and thus to optimize the production of the currently exposed component. For this purpose, for example, the adapted electrical signal can be fed directly to the machine control of the additive manufacturing system.

Die erfindungsgemäße technische Lösung sieht somit vor, im Prozess im Falle einer Sättigung, des Ausgabewerts des Empfängers bzw. des Sensorwerts, die Verstärkung (GAIN) automatisch und direkt (sofort) anzupassen, insbesondere zu senken oder zu steigern, um eine Beschädigung des Empfängers oder der Sensoren zu vermeiden und/oder ein optimales Ausgabesignal zu erreichen. Somit kann ein zu niedriges Signal, welches einen festlegten Schwellenwert von beispielsweise 0,2 V im Messintervall [0; 4,2] V unterschreitet, zu einer Erhöhung der elektronischen Signalverstärkung führen, um ein Signal hinsichtlich der signal-to- noise-ratio (Signal-Rausch-Abstand) deutlich zu verbessern. Die Drosselung bzw. Verstärkung erfolgt dabei um eine definierte (insbesondere vordefinierte) Schrittlänge, bis in einem Zeitintervall von zum Beispiel 500 psec keine Sättigung mehr auftritt. Nach einem optional weiteren Prüfintervall (z.B. 2 see) wird gegebenenfalls noch einmal nachjustiert. Nach einem optional dritten Beobachtungsintervall oder Prüfintervall kann dann die finale Nachjustage bewirkt werden, um das Signal exakt in der Mitte der Skala zu platzieren und die Gültigkeit der Einstellung für den gesamten Prozess zu validieren. So wäre für jedes Mal das Eingabe-/Ausgabesignal in der Mitte der Messskala (z.B. bei 2,1 V im Messintervall 0 bis 4,2 V) und eine Aussage über lokale Intensitätsminima und -maxima wäre material- und parametrisierungsunabhängig möglich. Es ergibt sich eine deutlich vereinfachte allgemeine Analytik der Signale, sodass sowohl Intensitätsminima wie auch Intensitätsmaxima einen pa reto-optimalen Wertebereich annehmen können. Nach der Belichtungsphase, in der die Signalverstärkung optimiert wurde, kann zudem in einem weiteren Zeitintervall mit ausgeschaltetem Laser, ein Wertei nterva II zur Beschreibung des Nullrauschens erhoben werden und der Analytik als statistisches Mittel zur digitalen Filterung des Signals zur Verfügunggestelltwerden. Somit kann der im Wertei nterva II festgestellte Grundwert verwendet werden, um den vorgebbaren Sollbereich und/oder Sollwert einzustellen, um somit eine möglichst präzise Einstellung des Sensorwerts erreichen zu können. The technical solution according to the invention thus provides for the gain (GAIN) to be automatically and directly (immediately) adjusted in the process in the event of saturation of the output value of the receiver or the sensor value, in particular to reduce or increase it, in order to avoid damage to the receiver or of the sensors and/or to achieve an optimal output signal. This means that a signal that is too low, which has a defined threshold value of, for example, 0.2 V in the measurement interval [0; 4.2] V falls below, lead to an increase in the electronic signal amplification in order to significantly improve a signal in terms of the signal-to-noise ratio. The throttling or amplification takes place by a defined (in particular predefined) step length until saturation no longer occurs in a time interval of, for example, 500 psec. After an optional further test interval (e.g. 2 see) it is readjusted again if necessary. After an optional third observation interval or test interval, the final readjustment can then be carried out in order to place the signal exactly in the middle of the scale and validate the validity of the setting for the entire process. So for each time the input/output signal would be in the middle of the measurement scale (e.g. at 2.1 V in the measurement interval 0 to 4.2 V) and a statement about local intensity minimums and maximums would be possible regardless of material and parameterization. The result is a significantly simplified general analysis of the signals, so that both intensity minimums and intensity maximums can assume a par reto-optimal value range. After the exposure phase in which the signal amplification was optimized, a value i nterva II can be collected to describe the zero noise in a further time interval with the laser switched off and made available to analytics as a statistical means for digitally filtering the signal. The basic value determined in the value i nterva II can therefore be used to set the predeterminable target range and/or target value in order to be able to achieve the most precise possible setting of the sensor value.

Vorteilhaft kann somit eine Elektronik vorgeschlagen werden, die beispielsweise direkt im Empfänger (Fotodiode oder Fotodioden-Array) integriert ist und die innerhalb von Mikrosekunden auf die Sättigung reagiert, um die Verstärkung anzupassen, sowie den neuen Einstellungswert speichert und diesen an einer Schnittstelle für einen Computer oder die Maschinensteuerung der Laserstrahlschmelzanlage auslesbar macht. Die Elektronik kann vorteilhaft in einem Gehäuse untergebracht sein und mit der Ausgabe der Fotodioden als Eingangssignal verbunden werden. Die Regelung der Signalverstärkung kann vorteilhaft direkt auf einer oder mehreren Platinen, insbesondere direkt mit den Fotodioden, fest verlötet sein und kann unter anderem auch einen programmierbaren Mikrokontroller umfassen (z.B. FPGA) und eine analoge oder serielle Schnittstelle zur Weitergabe der Messdaten und Verstärkungseinstellung an einen Computer. Electronics can therefore advantageously be proposed which, for example, is integrated directly in the receiver (photodiode or photodiode array) and which reacts to saturation within microseconds in order to adjust the gain, as well as saves the new setting value and stores it at an interface for a computer or the machine control of the laser beam melting system can be read out. The electronics can advantageously be housed in a housing and connected to the output of the photodiodes as an input signal. The control of the signal amplification can advantageously be soldered directly to one or more circuit boards, in particular directly to the photodiodes, and can also include, among other things, a programmable microcontroller (e.g. FPGA) and an analog or serial interface for passing on the measurement data and gain setting to a computer .

Das Verfahren kann zudem insbesondere vor der Fertigung des Bauteils und/oder vor einer Belichtungsphase (oder vor der ersten Belichtungsphase des Herstellungsverfahrens) die Schritte umfassen: Selektieren eines oder mehrerer optischer Filter einer Aufnahmeeinheit basierend auf dem Werkstoff des verwendeten Werkstoff pulvers und einem vorbestimmten Fertigungsszenario für die Fertigung des Werkstücks. Zudem kann der Schritt vorgesehen sein des automatisierten Einwechselns des selektierten einen oder der selektierten mehreren optischen Filter der Aufnahmeeinheit in den Strahlengang der Rückstrahlung vor dem Empfänger, wobei die Einwechslung des einen oder der mehreren optischen Filter vor der Belichtungsphase stattfindet und wobei die eingewechselten Filter bevorzugt während der Belichtungsphase unverändert eingewechselt bleiben, also konstant in der Rückstrahlung vorgesehen sind (besonders bevorzugt konstant während des Prüfungsintervalls). Zusätzlich zur dynamischen Filterauswechslung und zur dynamischen Verstärkungsanpassung im Rahmen des Prüfintervalls ist es somit möglich, als Initialeinstellung für die Fertigungsanlage eine zusätzliche Aufnahmeeinheit bereitzustellen und über diese Aufnahmeeinheit selektierte optische Filter vor der ersten Belichtungsphase in den erwarteten Strahlengang der Rückstrahlung zu schwenken. Die Selektion der optischen Filter kann dabei vorteilhaft basierend auf dem für den Bauauftrag verwendeten Werkstoff pulver und den für den Bauauftrag gewählten Fertigungsszenario (dies umfasst vorteil haft zu mindest ei ne der folgenden Kriterien: Fertigungsgeschwindigkeit, Schichtdicken, Bauteilgeometrie, Lasereinstellung während der Fertigung, Belichtungsstrategie und voraussichtlich zu erwartendes Temperaturprofil) selektiert werden. Diese optischen Filter umfassen vorteilhaft dabei insbesondere Kantenfilter, Verlaufsfilter, Polarisationsfilter und Interferenzfilter. Durch die Bereitstellung der optimalen Startbedingungen ist es somit möglich, das thermische Spektrum zu entschlüsseln und diese Sensorik für die prozessgerechte Beobachtung zu optimieren. Besonders vorteilhaft wird somit ein zweistufiger Ansatz vorgeschlagen; erstens eine statische Einstellung von Filtern zur optimalen Prozessbeobachtung, welche bereits vor der Belichtungsphase festgelegt wird und während des Herstellens des Bauteils konstant gehalten wird, sowie eine zweite Einstellung der dynamischen Anpassung während verschiedener Prüfintervalle zum optimalen Anpassen des Sensorausgabewerts und der vom Sensor empfangen Rückstrahlung dynamisch während der Belichtungsphase. Obwohl die einzelnen Maßnahmen hier in Kombination beschrieben sind, können diese auch vorteilhaft einzeln eingesetzt werden und vorteilhaft unabhängig voneinander, sodass es möglich ist, beispielsweise nur eine dynamische Anpassung des Verstärkungsfaktors anhand der elektronischen Verstärkungsverstellung durchzuführen oder nur eine Anpassung durch dynamische Einwechslung der Filter während der Prüfintervalle in der Belichtungsphase. The method can also include the steps: selecting one or more optical filters of a recording unit based on the material of the material powder used and a predetermined manufacturing scenario for the production of the workpiece. In addition, the step of automatically replacing the selected one or the selected ones can be provided several optical filters of the recording unit in the beam path of the retro-radiation in front of the receiver, the replacement of the one or more optical filters taking place before the exposure phase and the replaced filters preferably remaining unchanged during the exposure phase, i.e. being constantly provided in the retro-radiation (especially preferably constant during the test interval). In addition to the dynamic filter replacement and the dynamic gain adjustment within the scope of the test interval, it is therefore possible to provide an additional recording unit as an initial setting for the production system and to pivot optical filters selected via this recording unit into the expected beam path of the retro-radiation before the first exposure phase. The selection of the optical filters can advantageously be based on the material powder used for the construction job and the manufacturing scenario selected for the construction job (this advantageously includes at least one of the following criteria: manufacturing speed, layer thicknesses, component geometry, laser setting during manufacturing, exposure strategy and expected temperature profile) can be selected. These optical filters advantageously include, in particular, edge filters, graduated filters, polarization filters and interference filters. By providing the optimal starting conditions, it is possible to decipher the thermal spectrum and optimize this sensor system for process-appropriate observation. A two-stage approach is therefore particularly advantageous; firstly, a static setting of filters for optimal process observation, which is determined before the exposure phase and is kept constant during the manufacture of the component, and a second setting of the dynamic adjustment during various test intervals for optimally adjusting the sensor output value and the back radiation received from the sensor dynamically during the exposure phase. Although the individual measures are described here in combination, they can also advantageously be used individually and advantageously independently of one another, so that it is possible, for example, only a dynamic adjustment of the gain factor using the electronic gain adjustment or just an adjustment by dynamically changing the filters during the test intervals in the exposure phase.

Vorteilhaft kann der Empfänger des Erfassungssystems zumindest während der Belichtungsphase die Rückstrahlung aus dem Schmelzbad empfangen. Vorteilhaft ist dabei, eine koaxiale Anordnung und eine koaxiale Schmelzbadüberwachung zu erreichen. Besonders vorteilhaft empfängt der Empfänger während der Belichtungsphase stets, also durchgehend, die Rückstrahlung. The receiver of the detection system can advantageously receive the back radiation from the melt pool at least during the exposure phase. It is advantageous to achieve a coaxial arrangement and coaxial melt pool monitoring. It is particularly advantageous for the receiver to always, i.e. continuously, receive the back radiation during the exposure phase.

Die Bedingung für die Anpassung des elektrischen Signals kann als erfüllt angesehen sein, wenn das elektrische Signal im Prüfintervall einen vorbestimmbaren ersten Schwellenwert überschreitet oder einen vorbestimmbaren zweiten Schwellenwert unterschreitet. Vorteilhaft können die ersten und zweiten Schwellenwerte vor dem Start des Prozesses festgelegt werden oder dynamisch während des Herstellungsprozesses des Bauteils angepasst werden, in Abhängigkeit des Fertigungsauftrags, beispielsweise der aktuell herzustellenden Schichtdicke oder der aktuell herzustellenden Bauteilgeometrie, der erwarteten Schmelzbadtemperatur, des verwendeten Materials und/oder dem Fertigungsszenario (Parameter wie Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Spotdurchmesser, etc.). The condition for adapting the electrical signal can be viewed as fulfilled if the electrical signal exceeds a predeterminable first threshold value or falls below a predeterminable second threshold value in the test interval. The first and second threshold values can advantageously be set before the start of the process or can be adjusted dynamically during the manufacturing process of the component, depending on the manufacturing order, for example the layer thickness currently to be produced or the component geometry currently to be produced, the expected melt pool temperature, the material used and/or the manufacturing scenario (parameters such as laser power, scanning speed, spot diameter, etc.).

Vorteilhaft kann das Erfassungssystem die Anpassung des elektrischen Signals während und/oder am Ende des Prüfintervalls automatisch ausführen. Dadurch, dass die Schaltung zur Verstärkung des elektronischen Signals direkt am Empfänger angeordnet ist, ist eine möglichst zeitnahe und direkte Anpassung des Ausgabesignals des Empfängers möglich, sodass im Prüfintervall, sobald eine Abweichung festgestellt wird, direkt eine Anpassung vorgenommen werden kann. Ähnlich kann auch direkt eine mechanische Einwechslung eines oder mehrerer Filter bewirkt werden. Besonders vorteilhaft kann die Schaltung direkt am Empfänger einen Signalvergleich ausführen, durch entsprechende Schaltungselemente, welche bevorzugt direkt im Empfänger integriert sind. Vorteilhaft kann nach einem ersten Prüfintervall, zumindest ein zweites Prüfintervall folgen und das zweite Prüfintervall kann als Eingangssignal das im vorangegangen Prüfintervall angepasste elektrische Signal erhalten. Besonders vorteilhaft dauert ein Prüfintervall eine vordefinierte Zeit, insbesondere 500 ps oder weniger (insbesondere für die ersten Prüfungsintervalle). Weiter vorteilhaft kann das letzte Prüfungsintervall eine Zeit von 1000 - 2000 ps (reine Lasereinschaltzeit) dauern. The detection system can advantageously carry out the adaptation of the electrical signal automatically during and/or at the end of the test interval. Because the circuit for amplifying the electronic signal is arranged directly on the receiver, the output signal of the receiver can be adjusted as quickly and directly as possible, so that an adjustment can be made directly in the test interval as soon as a deviation is detected. In a similar way, one or more filters can be replaced mechanically directly. Particularly advantageously, the circuit can carry out a signal comparison directly at the receiver, using appropriate circuit elements, which are preferably integrated directly in the receiver. Advantageously, after a first test interval, at least a second test interval can follow and the second test interval can receive the electrical signal adapted in the previous test interval as an input signal. A test interval particularly advantageously lasts a predefined time, in particular 500 ps or less (in particular for the first test intervals). Further advantageously, the last test interval can last for a time of 1000 - 2000 ps (pure laser switch-on time).

Vorteilhaft kann die Anpassung des Verstärkungsfaktors des Erfassungssystems eine elektrische Drosselung oder elektrische Verstärkung des elektrischen Signals sein. Besonders vorteilhaft wird die elektrische Drosselung oder elektrische Verstärkung von einem Schaltkreis erreicht, welcher direkt am Empfänger vorgesehen ist. The adaptation of the amplification factor of the detection system can advantageously be an electrical throttling or electrical amplification of the electrical signal. The electrical throttling or electrical amplification is particularly advantageously achieved by a circuit which is provided directly on the receiver.

Die Anpassung eines dem Empfänger im Strahlengang der Rückstrahlung vorgeschalteten optischen Filters kann durch ein Verdrehen oder Verschieben einer insbesondere mit mehreren Filtern bestückten Filteraufnahme erreicht werden (insbesondere ein integriertes Filterrad). Die optischen Filter können im Strahlengang der Rückstrahlung dem Empfänger vorgeschaltet sein, das heißt, dass die Rückstrahlung zuerst den Filter erreicht und erst danach den Empfänger bzw. die Fotodiode oder das Fotodioden-Array. Die Filteraufnahme kann beispielsweise als Scheibe ausgestaltet sein, welche drehbar ausgestaltet ist. Um einen Drehpunkt der Scheibe (oder des Filterrads) können mehrere verschiedene Filter angeordnet sein, sodass durch Verdrehen der Filteraufnahme unterschiedliche Filter in den Strahlengang der Rückstrahlung gewechselt werden können. Besonders vorteilhaft bleibt eine Position (Freiposition der Filteraufnahme) frei und hat daher keinen Filter, sodass im Fall des Verdrehens der Filteraufnahme auch eine Position (Freiposition) vorhanden ist, bei der kein Filter im Strahlengang der Rückstrahlung vorliegt, sodass ein möglichst starkes Signal den Empfänger erreichen kann. The adaptation of an optical filter located upstream of the receiver in the beam path of the retro-radiation can be achieved by rotating or moving a filter holder, in particular equipped with several filters (in particular an integrated filter wheel). The optical filters can be located upstream of the receiver in the beam path of the retro-radiation, which means that the retro-radiation first reaches the filter and only then the receiver or the photodiode or the photodiode array. The filter holder can, for example, be designed as a disk which is designed to be rotatable. Several different filters can be arranged around a pivot point of the disk (or the filter wheel), so that different filters can be changed into the beam path of the back radiation by rotating the filter holder. Particularly advantageously, one position (free position of the filter holder) remains free and therefore has no filter, so that if the filter holder is rotated, there is also a position (free position) in which there is no filter in the beam path of the back radiation, so that the strongest possible signal reaches the receiver can reach.

Die Anpassung des erzeugten elektrischen Signals kann direkt im Prüfintervall erfolgen, sobald zumindest eine Abweichung vom vorgegebenen Sollbereich und/oder Sollwert ermittelt wurde. Somit kann über einen Schaltkreis, der direkt am Empfänger vorgesehen ist, eine direkte Anpassung des Sensorausgabesignals durchgeführt werden, insbesondere abhängig von der festgestellten Abweichung zum Sollwert oder Sollbereich. Weiter vorteilhaft kann somit direkt am Empfängerschaltkreis auch eine Schaltung zum Vergleich des elektrischen Signals (z.B. Komparator) mit dem Sollwert oder Sollbereich vorgesehen sein, sodass eine möglichst zeitnahe Anpassung erreicht werden kann. The adaptation of the generated electrical signal can take place directly in the test interval as soon as there is at least a deviation from the specified target range and/or target value was determined. Thus, a direct adjustment of the sensor output signal can be carried out via a circuit that is provided directly on the receiver, in particular depending on the detected deviation from the target value or target range. Further advantageously, a circuit for comparing the electrical signal (eg comparator) with the target value or target range can also be provided directly on the receiver circuit, so that an adaptation that is as timely as possible can be achieved.

Nach der Belichtungsphase (bei deaktiviertem Energiestrahl) kann bevorzugt zudem ein Werteintervall (= Prüfintervall bei deaktiviertem Laser) vorgesehen sein. Das Werteintervall kann vorgesehen sein zum Erfassen eines Nullrauschens des Systems und insbesondere der Prozesskammer. Bevorzugt kann der Sollwert oder Sollbereich und insbesondere der Schwellenwert des Prüfintervalls basierend auf dem im Werteintervall erfassten Wert des Nullrauschens und einem vorgegebenen Idealwert des Empfängers ermittelt werden. Durch das vorgeschlagene Werteintervall ist es daher möglich, einen Ausgangswert festzustellen und abzuspeichern und diesen beim Vergleich eines Empfängerausgabesignals mit einem Sollwert oder Sollbereich zu berücksichtigen. Ein Grundrauschen oder ein Nullrauschen kann daher entsprechend berücksichtigt werden und die Genauigkeit der Erfassung kann verbessert werden. Besonders vorteilhaft kann der Werteintervall auch bereits vor der (ersten) Belichtungsphase bei deaktiviertem Energiestrahl vorgesehen sein. Beispielsweise kann der festgestellte Wert (Sensorwert) des Werteintervalls zusätzlich zu einem Idealwert des Empfängers (oder der Fotodiode oder des Fotodioden-Arrays) kombiniert werden, um den vorgegebenen Sollbereich oder Sollwert festzu legen. After the exposure phase (with the energy beam deactivated), a value interval (= test interval with the laser deactivated) can preferably also be provided. The value interval can be provided to detect zero noise in the system and in particular in the process chamber. Preferably, the target value or target range and in particular the threshold value of the test interval can be determined based on the zero noise value recorded in the value interval and a predetermined ideal value of the receiver. The proposed value interval therefore makes it possible to determine and store an initial value and to take this into account when comparing a receiver output signal with a target value or target range. A noise floor or zero noise can therefore be taken into account accordingly and the accuracy of the detection can be improved. Particularly advantageously, the value interval can also be provided before the (first) exposure phase with the energy beam deactivated. For example, the determined value (sensor value) of the value interval can be combined in addition to an ideal value of the receiver (or the photodiode or the photodiode array) in order to determine the predetermined target range or target value.

Während der Herstellung des Bauteils können bevorzugt mehrere Prüfintervalle sequentiell vorgesehen sein, insbesondere während derselben Belichtungsphase. Vorteilhaft können die Prüfintervalle in einem vorbestimmten zeitlichen Abstand zueinander geplant werden. Beispielsweise können drei Prüfintervalle vorgesehen werden, wobei in jedem der Prüfintervalle das Sensorsignal näher zu einem vorbestimmten Idealwert (Nullrauschen und Idealwert des Empfängers) angepasst wird. Die Verstärkung oder Drosselung des Signals des Empfängers kann somit schrittweise optimiert werden, sodass im Ergebnis das Sensorsignal vorteilhaft in der Mitte einer Messskala vorliegen kann, und zwar besonders bevorzugt unabhängig vom verwendeten Werkstoff pulver und dem Fertigungsszenario (Fertigungsszenario kann insbesondere auch umfassen die Belichtungsstrategie wie beispielsweise die Streifenbelichtung oder die Linienbelichtung sowie die vorgegebenen Konturen und/oder einen Hatch-Abstand, Scanrichtung und/oder Schutzgasströmungsrichtung, und/oder Schichtdicken). Vorteilhaft erfolgt die Verstärkung oder Drosselung im Prüfintervall um eine vordefinierte Schrittlänge, bis das angepasste elektrische Signal im vorgegebenen Sollbereich und/oder auf einem Sollwert liegt. Der Sollwert und/oder Sollbereich kann vorteilhaft zumindest anhand eines vorgebbaren Idealwerts des Empfängers und/oder basierend auf einem Nullrauschen festgelegt werden. During the production of the component, several test intervals can preferably be provided sequentially, in particular during the same exposure phase. The test intervals can advantageously be planned at a predetermined time interval from one another. For example, three test intervals can be provided, with the sensor signal being adjusted closer to a predetermined ideal value (zero noise and ideal value of the receiver) in each of the test intervals becomes. The amplification or throttling of the receiver's signal can thus be optimized step by step, so that as a result the sensor signal can advantageously be present in the middle of a measuring scale, particularly preferably regardless of the material powder used and the manufacturing scenario (manufacturing scenario can in particular also include the exposure strategy such as the stripe exposure or the line exposure as well as the specified contours and/or a hatch distance, scanning direction and/or protective gas flow direction, and/or layer thicknesses). The amplification or throttling advantageously takes place in the test interval by a predefined step length until the adapted electrical signal is in the predetermined target range and/or at a target value. The target value and/or target range can advantageously be determined at least based on a predeterminable ideal value of the receiver and/or based on zero noise.

Der Empfänger des Erfassungssystems kann vorteilhaft eine Diode sein oder ein Dioden-Array. Der Empfänger kann vorteilhaft ein elektronisches Signal bei Empfang der Rückstrahlung ausgeben, wobei zur Anpassung des elektronischen Sensorsignals eine Verstärkungsschaltung vorteilhaft direkt am Empfänger (oder integriert in die Empfängerschaltung) und insbesondere auf derselben Platine oder direkt am Ausgang des Empfängers vorgesehen ist. The receiver of the detection system can advantageously be a diode or a diode array. The receiver can advantageously output an electronic signal upon receipt of the return radiation, with an amplification circuit advantageously being provided directly on the receiver (or integrated into the receiver circuit) and in particular on the same circuit board or directly at the output of the receiver in order to adapt the electronic sensor signal.

Vorteilhaft kann der Verstärker ein elektronischer Verstärker sein mit einstellbarer Verstärkung. The amplifier can advantageously be an electronic amplifier with adjustable gain.

Besonders vorteilhaft kann der Verstärkungsfaktor oder Drosselungsfaktor in einem Prüfintervall anhand des Betrags der Abweichung vom Sollbereich und/oder Sollwert automatisch festgelegt werden. Particularly advantageously, the amplification factor or throttling factor can be automatically determined in a test interval based on the amount of deviation from the target range and/or target value.

Vorteilhaft kann das Verfahren zusätzlich den Schritt umfassen: Ausgabe des angepassten elektrischen Signals an die Maschinensteuerung der Fertigungsanlage. Vorteilhaft kann die Stärke des elektrischen Signals (insbesondere des Sensorausgabesignals) abhängig vom Werkstoff des verwendeten Werkstoff pulvers sein und die Anpassung des elektrischen Signals und insbesondere die Anpassung der Stärke des elektrischen Signals kann erfolgen, um das elektrische Signal im Idealbereich und/oder mittig an einer (werkstoffspezifischen) Signalstärkeskala anzuordnen. The method can advantageously also include the step: outputting the adapted electrical signal to the machine control of the production system. The strength of the electrical signal (in particular the sensor output signal) can advantageously be dependent on the material of the material powder used and the adaptation of the electrical signal and in particular the adaptation of the strength of the electrical signal can be carried out in order to produce the electrical signal in the ideal range and/or in the middle of a (material-specific) signal strength scale.

Das Erfassungssystem kann vorteilhaft zur Anpassung des erzeugten elektrischen Signals die Verstärkung auf einen Einstellwert setzen. Der Einstellwert kann gespeichert werden und bevorzugt ausgegeben werden, insbesondere an eine Maschinensteuerung der Fertigungsanlage. Anhand des ausgegebenen Einstellwerts kann über die Maschinensteuerung daher auf die Signalverstärkung oder Signaldrosselung geschlossen werden und Rückschlüsse auf die Bauteilgüte werden möglich. Zudem kann der ausgegebene Einstellwert als Anpassungsparameter der Maschinensteuerung zugeführt werden, um beispielsweise Prozessparameter des Herstellungsprozesses anzupassen, wie beispielsweise die Laserleistung oder die Scangeschwindigkeit. Vorteilhaft sind (für die dynamische Anpassung) die Filter insbesondere Neutraldichtefilter, welche unterschiedlich zueinander sind. The detection system can advantageously set the gain to a setting value in order to adapt the electrical signal generated. The setting value can be saved and preferably output, in particular to a machine control of the production system. Based on the output setting value, the machine control can be used to determine signal amplification or signal throttling and conclusions about the component quality are possible. In addition, the output setting value can be supplied to the machine control as an adjustment parameter in order, for example, to adjust process parameters of the manufacturing process, such as the laser power or the scanning speed. The filters, in particular neutral density filters, which are different from one another are advantageous (for dynamic adaptation).

Erfindungsgemäß kann zudem ein Verfahren (für die statische Filteroptimierung) vorgeschlagen werden für eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbauen von Bauteilen aus pulverförmigen Werkstoffen mittels optischer Wechselwirkung, insbesondere nach dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens (SLM). Die Vorrichtung kann in einer Belichtungsphase mittels Energiestrahl in einem Bearbeitungsbereich ein Schmelzbad formen zum Ausbilden einer Bauteilschicht durch schichtweises Verschmelzen oder Versintern von Werkstoffpulver. Die Vorrichtung kann zumindest ein Erfassungssystem mit einem Empfänger aufweisen zum Erfassen einer Rückstrahlung aus dem Bearbeitungsbereich. Vorteilhaft weist das Verfahren die Schritte auf: vor der Bearbeitung oder Herstellung des Bauteils Selektieren eines oder mehrerer optischer Filter, eine Aufnahmeeinheit, basierend auf den vorgegebenen Werkstoff des verwendeten Werkstoff pulvers und einem vorbestimmten Fertigungsszenario für die Fertigung des Werkstücks. According to the invention, a method (for static filter optimization) can also be proposed for a device for building up components in layers from powdery materials by means of optical interaction, in particular using the method of selective laser melting (SLM). In an exposure phase, the device can form a melt pool in a processing area using an energy beam to form a component layer by layer-by-layer fusing or sintering of material powder. The device can have at least one detection system with a receiver for detecting return radiation from the processing area. The method advantageously has the steps: before processing or producing the component, selecting one or more optical filters, based on a recording unit on the specified material of the material powder used and a predetermined manufacturing scenario for the production of the workpiece.

Das vorbestimmte Fertigungsszenario umfasst vorteilhaft zumindest einen der folgenden Faktoren: Schichtdicke, die Scanrichtung, den Verlauf der Scanvektoren, die Scangeschwindigkeit, die Schichtdicke, die Schutzgasströmungsrichtung sowie eine erwartete Intensitätsverteilung des Laserstrahls. The predetermined manufacturing scenario advantageously includes at least one of the following factors: layer thickness, the scanning direction, the course of the scan vectors, the scanning speed, the layer thickness, the protective gas flow direction and an expected intensity distribution of the laser beam.

Das Verfahren kann zudem die Schritte umfassen: automatisiertes Einwechseln des selektierten einen oder der selektierten mehreren optischen Filter in den Strahlengang der Rückstrahlung vor dem Empfänger, wobei die Einwechslung des einen oder der mehreren optischen Filter vor der Belichtungsphase stattfindet und wobei bevorzugt die eingewechselten Filter während der Belichtungsphase unverändert eingewechselt bleiben. Die eingewechselten Filter bleiben daher vorteilhaft konstant im Strahlengang der Rückstrahlung während des gesamten Bauprozesses bzw. der gesamten Bauteilherstellung oder zumindest konstant während einer (gesamten) Belichtungsphase des Herstellungsverfahrens. Diese zusätzlichen optischen Filter werden auch als statische optische Filter bezeichnet, da diese statisch in der Belichtungsphase vorliegen, und können eine zusätzliche Optimierung der Auswertung der Rückstrahlung aus dem Bearbeitungsbereich ermöglichen, um das thermische Spektrum entsprechend zu entschlüsseln und die Sensorik für die prozessgerechte Beobachtung zu optimieren. Diese Filter umfassen insbesondere Kantenfilter, Verlaufsfilter, Polarisationsfilter und Interferenzfilter. Andererseits weisen die dynamischen Filter, also die Filter die während der Belichtungsphase dynamisch ein- und ausgewechselt werden können bevorzugt lediglich verschiedene Neutraldichtefilter auf. In einer vorteilhaften Weiterbildung umfassen die dynamischen Filter auch Kantenfilter, Verlaufsfilter, Polarisationsfilter und/oder Interferenzfilter, zusätzlich zu den Neutraldichtefiltern. The method can also include the steps: automated replacement of the selected one or more selected optical filters into the beam path of the back-radiation in front of the receiver, the replacement of the one or more optical filters taking place before the exposure phase and preferably the replaced filters during the Exposure phase remains unchanged. The replaced filters therefore advantageously remain constant in the beam path of the reflected radiation during the entire construction process or the entire component production or at least constant during an (entire) exposure phase of the manufacturing process. These additional optical filters are also referred to as static optical filters because they are present statically in the exposure phase and can enable additional optimization of the evaluation of the back radiation from the processing area in order to decode the thermal spectrum accordingly and to optimize the sensor technology for process-appropriate observation . These filters include in particular edge filters, graduated filters, polarization filters and interference filters. On the other hand, the dynamic filters, i.e. the filters that can be dynamically replaced and replaced during the exposure phase, preferably only have different neutral density filters. In an advantageous development, the dynamic filters also include edge filters, graduated filters, polarization filters and/or interference filters, in addition to the neutral density filters.

Vorteilhaft sind die optischen Filter, die vor der Belichtungsphase eingewechselt werden, nach der beim Bauprozess des Bauteils oder Werkstücks zu erwartenden elektromagnetischen Emission selektiert. Eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbauen von Gegenständen aus pulverförmigem Werkstoff mittels optischer Wechselwirkung insbesondere nach dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens (SLM) kann eingerichtet sein, um in einer Belichtungsphase mittels Energiestrahl in einem Bearbeitungsbereich ein Schmelzbad zu formen, zum Ausbilden einer Bauteilschicht durch schichtweises Verschmelzen oder Versintern von Werkstoff pulver. Die Vorrichtung kann zumindest ein Erfassungssystem aufweisen zum Erfassen einer Rückstrahlung aus dem Bearbeitungsbereich. Das Erfassungssystem kann konfiguriert sein basierend auf der empfangenen Rückstrahlung des Bauteilbereichs, ein elektrisches Signal zu erzeugen. Besonders vorteilhaft erfasst das Erfassungssystem über einen Empfänger die Rückstrahlung aus dem Schmelzbad. Das Erfassungssystem kann konfiguriert sein, wenn in einem Prüfintervall das erzeugte elektrische Signal als Eingangssignal für das Prüfintervall von zumindest einem vorgebbaren Sollbereich und/oder Sollwert abweicht, das elektrische Signal anzupassen. Besonders vorteilhaft kann das Erfassungssystem konfiguriert sein, das elektrische Signal derart anzupassen, dass ein Verstärkungsfaktor des Erfassungssystems abgeändert wird. Beispielsweise kann eine Verstärkung oder eine Abschwächung des Sensorsignals erfolgen. Insbesondere kann die Anpassung erreicht werden durch eine (dynamische) elektronische Anpassung direkt an einem Schaltkreis des Empfängers und/oder direkt durch (insbesondere dynamische) Anpassung eines optischen Filters im Strahlengang der Rückstrahlung, beispielsweise durch Auswechslung (oder Verdrehung) des optischen Filters. The optical filters, which are replaced before the exposure phase, are advantageously selected according to the electromagnetic emission to be expected during the construction process of the component or workpiece. A device for building up objects in layers from powdery material by means of optical interaction, in particular according to the method of selective laser melting (SLM), can be set up to form a melt pool in an exposure phase using an energy beam in a processing area, for forming a component layer by layer-by-layer melting or sintering of material powder. The device can have at least one detection system for detecting retro-radiation from the processing area. The detection system may be configured to generate an electrical signal based on the received return radiation of the component area. The detection system particularly advantageously records the back radiation from the melt pool via a receiver. The detection system can be configured to adapt the electrical signal if the electrical signal generated as an input signal for the test interval deviates from at least a predeterminable target range and/or target value in a test interval. The detection system can be particularly advantageously configured to adapt the electrical signal in such a way that an amplification factor of the detection system is changed. For example, the sensor signal can be amplified or weakened. In particular, the adaptation can be achieved by a (dynamic) electronic adaptation directly on a circuit of the receiver and/or directly by (in particular dynamic) adaptation of an optical filter in the beam path of the return radiation, for example by replacing (or rotating) the optical filter.

Vorteilhaft kann das Erfassungssystem als Empfänger zum Erfassen der Rückstrahlung aus dem Schmelzbad eine oder mehrere Fotodioden (oder bevorzugt eine Vielzahl von unterschiedlichen Fotodioden mit vorgeschalteten, optischen Filtern für unterschiedliche optische Spektralbereiche) umfassen. Da verschiedene Fotodioden verwendet werden, kann eine umfassendere Auswertung der Rückstrahlung erreicht werden. Zudem kann ein Fotodioden-Array verwendet werden, um mehrdimensionale Auflösung zu erlauben. Besonders vorteilhaft können diese Fotodioden über einen gemeinsamen Strahlengang der Rückstrahlung beaufschlagt werden, wobei vorteilhaft in diesen Strahlengang gemeinsam für sämtliche Dioden die optischen Filter ein- und ausgewechselt werden können. The detection system can advantageously comprise one or more photodiodes (or preferably a plurality of different photodiodes with upstream optical filters for different optical spectral ranges) as a receiver for detecting the back radiation from the melt pool. Since different photodiodes are used, a more comprehensive evaluation of the back radiation can be achieved. Additionally, a photodiode array can be used to allow multidimensional resolution. These photodiodes can be particularly advantageous via a common beam path Reflection can be applied, whereby the optical filters can advantageously be replaced and replaced together for all diodes in this beam path.

Vorteilhaft kann zumindest ein Fotodiodenverstärker (insbesondere Bipolartransistor, Transimpedanzverstärker) zum Verstärken des Fotostroms der zumindest einen Fotodiode vorgesehen sein und der Verstärkungsfaktor kann durch den Fotodiodenverstärker (elektrisch) einstellbar sein. Der Fotodiodenverstärker kann direkt am Ein- oder Ausgang der Fotodiode vorgesehen sein, bevorzugt im selben Schaltkreis. Advantageously, at least one photodiode amplifier (in particular bipolar transistor, transimpedance amplifier) can be provided for amplifying the photocurrent of the at least one photodiode and the amplification factor can be (electrically) adjustable by the photodiode amplifier. The photodiode amplifier can be provided directly at the input or output of the photodiode, preferably in the same circuit.

In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung sind Fotodioden zumindest für den sichtbaren, den ultravioletten und den infraroten Bereich vorgesehen (mit vorgeschalteten, optischen Filtern für unterschiedliche optische Spektralbereiche). Eine besonders vorteilhafte und exakte Prozessüberwachung kann mit einer solchen Kombination von Fotodioden erreicht werden, wobei diese Fotodioden vorteilhaft gemeinsam über den Strahlengang der Rückstrahlung und den einen oder die mehreren optischen Filter beaufschlagt werden. Die Fotodioden können jeweils separat eine Verstärkerschaltung (z.B. Fotodiodenverstärker) aufweisen, sodass diese separat voneinander bzgl. der Verstärkung geregelt werden können, sodass individuell das Ausgabesignal der jeweiligen Fotodiode angepasst werden kann. Die Sättigung einzelner Fotodioden kann somit individuell abgeschwächt werden und ein zu schwaches Signal kann individuell abgestimmt auf die Fotodiode verstärkt werden. In a particularly advantageous further development, photodiodes are provided at least for the visible, ultraviolet and infrared ranges (with upstream optical filters for different optical spectral ranges). A particularly advantageous and precise process monitoring can be achieved with such a combination of photodiodes, these photodiodes advantageously being acted upon together via the beam path of the back radiation and the one or more optical filters. The photodiodes can each have a separate amplifier circuit (e.g. photodiode amplifier), so that the gain can be regulated separately from each other, so that the output signal of the respective photodiode can be individually adjusted. The saturation of individual photodiodes can therefore be weakened individually and a signal that is too weak can be amplified individually tailored to the photodiode.

In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung kann ein eingewechselter Filter verschiedene Filterareale aufweisen, wobei jedes Filterareal eine eigene Filterung aufweist, wobei bevorzugt jedes Filterareal einer eigenen Fotodiode zugewiesen wird. Ein einzelner Filter kann daher über unterschiedliche Filterareale eine unterschiedliche Filterung desselben Strahlengangs für verschiedene Fotodioden erreichen. Eine individuelle Abschwächung des empfangenen Signals der Rückstrahlung für die Fotodioden kann dadurch besonders effizient erreicht werden. Eine Auswechslung wiederum ist für den gesamten Filter vorgesehen beispielsweise durch einen anderen Filter mit anderen Filterarealen. Besonders vorteilhaft weist ein Filter drei verschiedene Filterareale auf, welche individuell auf die jeweilig zugeordnete Fotodiode angepasst sind. In a particularly advantageous further development, a replaced filter can have different filter areas, each filter area having its own filtering, each filter area preferably being assigned to its own photodiode. A single filter can therefore achieve different filtering of the same beam path for different photodiodes via different filter areas. An individual attenuation of the received signal of the back radiation for the photodiodes can thereby be achieved particularly efficiently become. A replacement is in turn provided for the entire filter, for example with a different filter with different filter areas. A filter particularly advantageously has three different filter areas, which are individually adapted to the respective assigned photodiode.

Die vorgeschalteten optischen Filter können vorteilhaft in einer Filteraufnahme angeordnet sein und die Filteraufnahme kann zum Einwechseln der Filter verdrehbar oder verschiebbar angeordnet sein. Beispielsweise ist die Filteraufnahme als Scheibe ausgestaltet, welche um einen Drehpunkt herum verschiedene Filter gleichmäßig angeordnet hat. Durch Verdrehen dieser Scheibe wird ein Einwechseln verschiedener Filter ermöglicht. Die Filteraufnahme kann zudem als verschiebbare Leiste ausgestaltet sein, welche entlang einer Verschiebelinie verschiedene Filter nacheinander angeordnet hat. Die Filteraufnahme kann vorteilhaft eine Filterposition aufweisen, in der kein Filter vorliegt, sondern lediglich eine Öffnung, sodass die Rückstrahlung filterfrei durchgelassen werden kann. Die Filteraufnahme ermöglicht daher durch Einwechseln einer vorbestimmten Filterposition auch ein filterfreies Durchlässen der Rückstrahlung. The upstream optical filters can advantageously be arranged in a filter receptacle and the filter receptacle can be arranged such that they can be rotated or displaced in order to replace the filters. For example, the filter holder is designed as a disk which has various filters evenly arranged around a pivot point. By turning this disc, various filters can be replaced. The filter holder can also be designed as a movable bar, which has different filters arranged one after the other along a displacement line. The filter holder can advantageously have a filter position in which there is no filter, but only an opening, so that the back radiation can be passed through without a filter. The filter holder therefore enables the return radiation to pass through without a filter by changing a predetermined filter position.

Vorteilhaft ist eine Vielzahl von beweglich angeordneten Filtern vorgesehen, welche unabhängig voneinander im Strahlengang der Rückstrahlung angeordnet werden können. Bevorzugt werden mehrere Filter gleichzeitig im Strahlengang der Rückstrahlung angeordnet. A large number of movably arranged filters are advantageously provided, which can be arranged independently of one another in the beam path of the back radiation. Several filters are preferably arranged simultaneously in the beam path of the back radiation.

Vorteilhaft ist der Empfänger koaxial zum Energiestrahl angeordnet. The receiver is advantageously arranged coaxially to the energy beam.

Vorteilhaft kann das Verfahren einen Kalibrierungsvorgang aufweisen, bei dem filterfrei über den Empfänger ein Grundrauschen erfasst wird und wobei basierend auf diesem Grundrauschen ein Ausgangswert festgelegt wird. Basierend auf diesem Ausgangswert werden die oberen und unteren Schwellen für die Erfassung der zulässigen Sensor Ein- und Ausgabewerte des Empfängers festgelegt. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird als Filter ein variabler Neutraldichtefilter verwendet, um die Lichtdurchlässigkeit dynamisch und präzise einstellen zu können. Vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere Details der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden an verschiedenen Ausführungsbeispielen mit Bezug auf schematische Figuren beschrieben. Mit den schematischen Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. The method can advantageously have a calibration process in which a background noise is detected via the receiver without a filter and an output value is determined based on this background noise. Based on this initial value, the upper and lower thresholds for detecting the receiver's permissible sensor input and output values are set. In a particularly advantageous embodiment, a variable neutral density filter is used as a filter in order to be able to adjust the light transmission dynamically and precisely. Advantageous embodiments and further details of the present invention are described below using various exemplary embodiments with reference to schematic figures. The invention is explained in more detail with the schematic drawings.

Figuren characters

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen nach dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens; Fig. 1 shows a schematic representation of a device for the additive manufacturing of components using the selective laser melting process;

Fig. 2A zeigt die Verstärkung bzw. Drosselung eines Sensorwerts eines Empfängers; 2A shows the amplification or throttling of a sensor value of a receiver;

Fig. 2B zeigt das Prüfintervall und das Werteintervall sowie die Anpassung der Verstärkung; Fig. 2B shows the test interval and the value interval as well as the gain adjustment;

Fig. 2C zeigt eine schematische Darstellung eines Laserlichts beim Schweißen mit Schutzgasströmung entlang der Schutzgasströmungsrichtung SS; 2C shows a schematic representation of a laser light during welding with protective gas flow along the protective gas flow direction SS;

Fig. 3 zeigt einen Aufbau einer Elektronik gemäß einem Ausführungsbeispiel; 3 shows a structure of electronics according to an exemplary embodiment;

Fig. 4 zeigt einen weiteren Aufbau eines Ausführungsbeispiels; Fig. 4 shows a further structure of an exemplary embodiment;

Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagram für die Einstellung der Signalverstärkung;Fig. 5 shows a flow chart for setting the signal gain;

Fig. 6 zeigt eine weitere Darstellung einer Ausführungsform; Fig. 6 shows a further representation of an embodiment;

Fig. 7 zeigt beispielhaft den Verlauf eines Emissionssignals; Fig. 7 shows an example of the course of an emission signal;

Fig. 8 zeigt eine Regelung des Systems. Im selektiven Laserstrahlschmelzen erfolgt eine in-situ Überwachung des Schmelzbads, z.B. durch die Auskoppelung der in die Maschinenoptik einfallenden Rückstrahlung aus dem Schmelzbad mit einem einseitig durchlässigen Spiegel (z.B. Dichroid). Die ausgekoppelte Rückstrahlung wird zum Beispiel mit Filtern in explizite Wellenlängenbänder eingegrenzt und mit oder ohne fokussierende Linsen auf die Fotodioden oder Pixel-Arrays von Sensoren gelenkt. Es können fotodiodische Sensoren und digital einstellbare Sensoren verwendet werden. Einstellbar ist dabei die Verstärkung des elektronischen Signals, welches durch den Einfall der Fotodioden erzeugt wird. Mit dieser Einstellung versucht man das Signal gerade so weit zu verstärken, dass es sich deutlich vom Hintergrundrauschen abhebt, jedoch möglichst zu keinem Zeitpunkt eine Sättigung eintritt, die den Sensor eventuell auf Dauer beschädigen könnte, und zudem keine relative Aussage mehr über die Intensität der Lichtemission zulässt. Fig. 8 shows a control of the system. In selective laser beam melting, the melt pool is monitored in-situ, for example by decoupling the reflected radiation from the melt pool that enters the machine optics using a mirror that is transparent on one side (e.g. dichroid). For example, the decoupled back radiation is limited into explicit wavelength bands using filters and directed to the photodiodes or pixel arrays of sensors with or without focusing lenses. Photodiodic sensors and digitally adjustable sensors can be used. The amplification of the electronic signal, which is caused by the incidence of the Photodiodes are generated. With this setting you try to amplify the signal just enough so that it stands out clearly from the background noise, but at no time does saturation occur, which could possibly damage the sensor in the long term, and also no longer gives any relative information about the intensity of the light emission allows.

Im selektiven Laserstrahlschmelzen von Metallen im Pulverbett besteht jedoch das Problem, dass die gängigen Metallpulver (z.B. 3.2381, 3.7165, 1.4404, 1.2709, 1.4828, 2.4856 und 2.4668) deutlich unterschiedlich intensive Rückstrahlungen auf die fotodiodischen Sensoren und verschiedene spektrale Profile produzieren. Der Unterschied ist so groß, dass verschieden empfindliche Sensoren nicht in der Lage sind, bei gleichbleibendem Verstärkungseinstellung (GAIN) alle genannten Materialien sättigungsfrei und mit einer auswertbaren signal-to-noise-ratio (Signal- Rausch-Abstand) abzubilden. Es gilt daher, die Strahlführung und die Umwandlung in einen elektrischen Signalprozess individuell zu optimieren. However, the problem with selective laser beam melting of metals in a powder bed is that the common metal powders (e.g. 3.2381, 3.7165, 1.4404, 1.2709, 1.4828, 2.4856 and 2.4668) produce significantly different intensities of back radiation on the photodiodic sensors and different spectral profiles. The difference is so great that sensors with different sensitivities are not able to image all of the materials mentioned saturation-free and with an evaluable signal-to-noise ratio (signal-to-noise ratio) while maintaining the same gain setting (GAIN). It is therefore important to individually optimize the beam guidance and the conversion into an electrical signal process.

Fig. 1 zeigt den beispielhaften Aufbau einer SLM Anlage (SLM-selective laser melting; selektives Laserschmelzen oder pulverbettbasiertes Schmelzen von Metall mittels Laser). In der Prozesskammer 1, in der beispielsweise ein Schutzgas oder eine Schutzgasströmung vorliegen kann, ist die Bearbeitungsebene 2 vorgesehen. Die Bearbeitungsebene 2 kann gleichzeitig das Pulverbett sein und der Bereich des Schmelzbads, welches beim Aufschmelzen der Materialien durch den Laserstrahl erzeugt wird. Über den Laser 5 wird ein Laserstrahl (Arbeitsstrahl) erzeugt, welcher über einen Spiegel oder ein optisches Element 4 abgelenkt wird, um zielgerichtet auf die Bearbeitungsebene 2 gelenkt zu werden. Das optische Element 4 kann daher zur Einkopplung des bearbeitenden Lasers bzw. zur Auskoppelung der Emission aus dem Schmelzbad verwendet werden. Bevorzugt sind dabei zwei Galvanometerscanner zur Führung des Bearbeitungsstrahls vorgesehen und die Emission aus dem Schmelzbad wird mit einer weiteren Beschichtung auch reflektiert. Die eigentliche Auskopplung kann später im Strahl erfolgen, durch einen weiteren teildurchlässigen Umlenkspiegel. Wie in Fig. 1 dargestellt, verläuft die Rückstrahlung aus dem Schmelzbad oder die Emission 7 aus dem Schmelzbad entgegengesetzt zum Laserstrahl L, wobei diese Rückstrahlung durch das optische Element 4 hin durchgelassen wird, um letztlich auf den fotodiodischen Sensor 9 zu treffen. Fig. 1 shows the exemplary structure of an SLM system (SLM-selective laser melting; selective laser melting or powder bed-based melting of metal using a laser). The processing level 2 is provided in the process chamber 1, in which, for example, a protective gas or a protective gas flow can be present. The processing level 2 can simultaneously be the powder bed and the area of the melt pool, which is generated by the laser beam when the materials are melted. A laser beam (working beam) is generated via the laser 5, which is deflected via a mirror or an optical element 4 in order to be directed specifically to the processing plane 2. The optical element 4 can therefore be used to couple in the processing laser or to couple out the emission from the melt pool. Two galvanometer scanners are preferably provided to guide the processing beam and the emission from the melt pool is also reflected with a further coating. The actual decoupling can take place later in the beam, using another partially transparent deflection mirror. As shown in Fig. 1, the return radiation from the melt pool or the emission 7 from the melt pool opposite to the laser beam L, this reflection being transmitted through the optical element 4 to ultimately hit the photodiodic sensor 9.

Beim Laserstrahlschmelzen liegt ein zyklischer Prozess vor, der so lange wiederholt wird, bis das Bauteil vollständig aufgebaut ist. Im Bauraum oder der Prozesskammer 1 ist vorteilhaft während des Bauprozesses ein Schutzgas vorliegend, um Oxidation oder Nitrierung zu vermeiden und um bevorzugt Prozessnebenprodukte abzutransportieren. Als Schutzgas kann beispielweise ein Inert-Gas verwendet werden. Beim Prozess der Herstellung des Bauteils wird zunächst über einen Beschichter das Werkstoff pulver, insbesondere Metallpulver, auf der Bearbeitungsebene 2 verteilt, wobei das Pulver beispielsweise aus 10 pm bis 60 pm großen Pulverkörnern bestehen kann. Nachdem der Beschichter einen vollständigen Auftrag des Pulvers im Bereich der Bearbeitungsebene 2 erreicht hat, kann in einem nächsten Schritt die Belichtungsphase oder die Belichtung erfolgen. Dazu wird mittels Laser das Pulver an vorbestimmten Stellen aufgeschmolzen, an denen das Bauteil entsprechend aufgebaut wird. Zudem ist es möglich, die bereits verfestigte Schicht darunter auch teilweise mit aufzuschmelzen, um beispielsweise ein dichteres Bauteil zu erhalten. Laser beam melting is a cyclical process that is repeated until the component is completely built up. A protective gas is advantageously present in the construction space or the process chamber 1 during the construction process in order to avoid oxidation or nitration and to preferably transport away process by-products. An inert gas, for example, can be used as a protective gas. During the process of producing the component, the material powder, in particular metal powder, is first distributed on the processing level 2 via a coater, whereby the powder can consist, for example, of 10 pm to 60 pm large powder grains. After the coater has achieved a complete application of the powder in the area of processing level 2, the exposure phase or exposure can take place in a next step. To do this, the powder is melted using a laser at predetermined points where the component is constructed accordingly. It is also possible to partially melt the already solidified layer underneath, for example in order to obtain a denser component.

Für den Prozessschritt der Belichtung ist eine Belichtungsstrategie nötig, die beispielsweise über die Maschinensteuerung an die Scannereinheit ausgegeben wird, sodass der Energiestrahl und insbesondere der Laser entsprechend angesteuert werden können und beispielsweise über den einen oder mehrere Spiegel entsprechend umgelenkt werden können. Der Scanner 3 in Fig. 1 weist beispielhaft nur ein optisches Element 4 auf, wobei in der Praxis jedoch auch mehrere optische Elemente 4, beispielsweise zwei oder mehr Spiegel oder Linsen, vorgesehen sein können. Nach der Belichtungsphase kann die Bauplattform abgesenkt werden, sodass über den Beschichter ein neues Aufträgen einer Pulverschicht erfolgen kann. Schichtdicken können beispielsweise im Bereich von 20 pm und 100 pm liegen. Nach entsprechendem Auftrag der nächsten Schicht durch den Beschichter kann wiederrum eine Belichtungsphase folgen. Am Ende des Aufbauvorgangs kann das fertige Bauteil, welches beispielsweise noch an einer Bauplatte befestigt ist, aus der Prozesskammer 1 entnommen werden und das überschüssige Pulver kann beispielsweise abgesaugt werden. Eine Vielzahl von Einflussgrößen bestimmen die Qualität des herzustellenden Bauteils. Die Einflussgrößen umfassen beispielsweise die Prozessgasführung. Während des Bauprozesses kann insbesondere Schutzgas in der Prozesskammer 1 geführt werden, beispielsweise zum Abtransport von Prozessnebenprodukten von der Schweißstelle und/oder zum Schutz des Materials vor Oxidation. Die Prozessgasführung kann als Einflussparameter auf die Herstellung folgendes umfassen: verschiedene Arten von Schutzgas, die Schutzgasströmung, die Schutzgasströmungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit. Weitere Einflussfaktoren sind zudem der Laser (Laserparameter), die optische Einheit und weitere Maschineneinflussgrößen. Zudem ist ein wesentlicher Einfluss auch die Ausbildung des Schmelzbades, beispielsweise die Dynamik und die Ausbreitung oder die Geometrie des Schmelzbades. Ein weiterer Einflussfaktor ist natürlich auch das Material des Pulverwerkstoffes. Zu den Einflussgrößen, die den Laser betreffen, gehören einerseits die Laserleistung und die Scangeschwindigkeit sowie die Bauraumposition und die Belichtungsstrategie. For the exposure process step, an exposure strategy is necessary, which is output to the scanner unit, for example via the machine control, so that the energy beam and in particular the laser can be controlled accordingly and can be redirected accordingly, for example via the one or more mirrors. The scanner 3 in FIG. 1 has, for example, only one optical element 4, although in practice several optical elements 4, for example two or more mirrors or lenses, can also be provided. After the exposure phase, the construction platform can be lowered so that a new layer of powder can be applied via the coater. Layer thicknesses can be in the range of 20 pm and 100 pm, for example. After the coater has applied the next layer, an exposure phase can follow. At the end of the assembly process, the finished component, which is still attached to a building board, for example, can be removed from the process chamber 1 and the excess powder can be sucked off, for example. A variety of influencing factors determine the quality of the component to be manufactured. The influencing variables include, for example, the process gas flow. During the construction process, in particular protective gas can be conducted in the process chamber 1, for example to remove process by-products from the welding point and/or to protect the material from oxidation. The process gas flow can include the following as parameters influencing production: different types of protective gas, the protective gas flow, the protective gas flow direction and flow speed. Other influencing factors include the laser (laser parameters), the optical unit and other machine influencing variables. The formation of the melt pool, for example the dynamics and spread or geometry of the melt pool, also has a significant influence. Another influencing factor is of course the material of the powder material. The influencing variables that affect the laser include, on the one hand, the laser power and the scanning speed as well as the installation space position and the exposure strategy.

Zur Beobachtung und Überwachung des Schmelzbads können fotodiodische Sensoren (eines Erfassungssystems) verwendet werden. Zur optimierten Überwachung des Schmelzbads (und der Erfassungsparameter) schlägt die vorliegende Erfindung eine Optimierung der Schmelzbadüberwachung vor, insbesondere durch dynamische Adaption eines Sensorwerts (Sensorausgabewerts oder auch „elektrisches Signal“ erzeugt, basierend auf der Rückstrahlung), welche sogar während der Belichtungsphase erreicht werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist zudem eine statische Anpassung mittels Filter möglich, die beispielsweise vor der Belichtungsphase durchgeführt werden kann, um den Informationsgehalt des Sensorsignals weiter zu optimieren. Durch die Kombination dieser speziellen, insbesondere dynamischen Adaption der Sensorsignale und der damit verbundenen optimierten Schmelzbadüberwachung ist es möglich, eine sehr gute Bauteilqualität zu erreichen, da bereits beispielsweise während des Herstellungsprozesses auf erkannte Abweichungen reagiert werden kann. Beispielsweise kann die Laserleistung angepasst werden in einem Fall, in dem der fotodiodische Sensor (oder die fotodiodischen Sensor-Arrays 9) eine bestimmte Sättigung oder das Überschreiten eines Grenzwerts erfassen. Photodiodic sensors (a detection system) can be used to observe and monitor the melt pool. For optimized monitoring of the melt pool (and the detection parameters), the present invention proposes an optimization of the melt pool monitoring, in particular by dynamic adaptation of a sensor value (sensor output value or “electrical signal” generated based on the back radiation), which can even be achieved during the exposure phase . Alternatively or additionally, a static adjustment using a filter is also possible, which can be carried out, for example, before the exposure phase in order to further optimize the information content of the sensor signal. The combination of this special, particularly dynamic adaptation of the sensor signals and the associated optimized melt pool monitoring makes it possible to achieve a very To achieve good component quality, since deviations can be reacted to during the manufacturing process, for example. For example, the laser power can be adjusted in a case in which the photodiodic sensor (or the photodiodic sensor arrays 9) detect a certain saturation or the exceeding of a limit value.

Basierend auf der optimierten Schmelzbadüberwachung mittels Erfassungssystem ist es möglich, beispielsweise über die Maschinensteuerung eine optimale Bauteilqualität zu erreichen und somit basierend auf zumindest einem Ausgabewert des einen oder der mehreren fotodiodischen Sensoren 9 des Erfassungssystems den Laserfokus, die Belichtungsstrategie, die Laserleistung, die Scangeschwindigkeit, die Schichtdicke, den Hatchabstand und die Belichtungsstrategie möglichst verzögerungsfrei anzupassen, um eine optimale Bauteilqualität zu erreichen. Insbesondere kann dazu der (insbesondere angepasste) Ausgabewert des Sensors des Erfassungssystems direkt an die Maschinensteuerung geführt werden, um eine möglichst zeitnahe Anpassung zu ermöglichen. Insbesondere wird somit eine optische Echtzeitüberwachung mittels dynamisch an passbarem Erfassungssystem vorgeschlagen. Based on the optimized melt pool monitoring using a detection system, it is possible, for example, to achieve optimal component quality via the machine control and thus, based on at least one output value of the one or more photodiodic sensors 9 of the detection system, the laser focus, the exposure strategy, the laser power, the scanning speed, etc Adjust the layer thickness, the hatch distance and the exposure strategy as quickly as possible in order to achieve optimal component quality. In particular, the (in particular adapted) output value of the sensor of the detection system can be fed directly to the machine control in order to enable adaptation as quickly as possible. In particular, optical real-time monitoring using a dynamically adjustable detection system is proposed.

Konkret schlägt die vorliegende Erfindung beispielsweise als Lösung vor, im Herstellungsprozess im Falle einer Sättigung, die Verstärkung automatisch und sofort zu senken, um eine Beschädigung der Sensoren zu vermeiden. Ebenso kann ein zu niedriges Signal, welches einen festgelegten Schwellenwert (von z.B. 0,2 V im Messintervall [0; 4,2 V) unterschreitet, eine Erhöhung der elektronischen Signalverstärkung durchführen, um ein Signal hinsichtlich der signal-to-noise-ratio deutlich zu verbessern. Die Drosselung bzw. Verstärkung erfolgt dabei vorteilhaft um eine definierte Schrittlänge, bis in einem Zeitintervall von z.B. 500 psec keine Sättigung mehr auftritt. Specifically, the present invention proposes, for example, as a solution to automatically and immediately reduce the gain in the manufacturing process in the event of saturation in order to avoid damage to the sensors. Likewise, if a signal is too low and falls below a specified threshold value (e.g. 0.2 V in the measurement interval [0; 4.2 V), the electronic signal amplification can be increased in order to clearly increase the signal-to-noise ratio to improve. The throttling or amplification is advantageously carried out by a defined step length until saturation no longer occurs in a time interval of, for example, 500 psec.

In Fig. 2a ist dazu schematisch ein Diagramm gezeigt, bei dem die Einschaltzeit 10 des Lasers über der Zeit aufgetragen ist und gleichzeitig zwei verschiedene Szenarien abgebildet sind, wobei im ersten Szenario ein elektronisches Signal 11 gezeigt ist, für den Fall der Sättigung der Sensoren und mithin einen überhöhten Sensorausgabewert. Das elektronische Signal 11 wird erzeugt durch auftreffende Fotonen auf reaktive Flächen der Fotodioden 9. Im Fall der niederen Ausbeute wird ein elektronisches Signal 12 dargestellt, welches wiederum erzeugt wird durch auftreffende Fotonen auf reaktive Flächen der Fotodioden 9 und einen sehr niedrigen Sensorausgabewert erzeugt. Wie aus Fig. 2a ersichtlich, wird im Falle der Sättigung der Sensoren, das elektronische Signal 11 aktiv abgeschwächt (dynamische Verstärkungseinstellung), um aus dem Sättigungsbereich des Sensors geführt zu werden. Im Fall der niederen Ausbeute wird das elektronische Signal 12 wiederum aktiv verstärkt im Verstärkungsintervall 12A. Die Drosselung des elektronischen Signals 11 hingegen findet beispielsweise im Drosselungsintervall 13 statt. Vorteilhaft und optional ist zudem eine weitere noch genauere Anpassung der Signalverstärkung möglich, nach der ersten Anpassung gemäß der Drosselung 13 oder Verstärkung 12A in einem weiteren Anpassungsintervall 14. 2a shows a schematic diagram in which the switch-on time 10 of the laser is plotted over time and two different scenarios are depicted at the same time, with an electronic signal 11 in the first scenario is shown in the case of saturation of the sensors and therefore an excessive sensor output value. The electronic signal 11 is generated by photons striking reactive surfaces of the photodiodes 9. In the case of low yield, an electronic signal 12 is displayed, which in turn is generated by photons striking reactive surfaces of the photodiodes 9 and produces a very low sensor output value. As can be seen from Fig. 2a, in the event of saturation of the sensors, the electronic signal 11 is actively attenuated (dynamic gain setting) in order to be guided out of the saturation range of the sensor. In the case of low yield, the electronic signal 12 is again actively amplified in the amplification interval 12A. The throttling of the electronic signal 11, however, takes place, for example, in the throttling interval 13. Advantageously and optionally, a further even more precise adjustment of the signal amplification is also possible, after the first adjustment according to the throttling 13 or amplification 12A in a further adjustment interval 14.

Im Ergebnis kann ein vorteilhafter Sensorwert im Idealbereich des zulässigen Ausgabebereichs des Sensors liegen, sodass eine möglichst exakte Ausgabe des Sensorwerts erreicht wird. As a result, an advantageous sensor value can lie in the ideal range of the permissible output range of the sensor, so that the most accurate possible output of the sensor value is achieved.

Mithin wird ein Prüfintervall vorgeschlagen, in dem ein zu niedriges Signal verstärkt werden kann oder ein gesättigtes Signal gedrosselt werden kann, um einen optimalen Sensorausgabewert zu erreichen. Optional ist es möglich, ein weiteres Prüfintervall (z.B. 2 see) vorzusehen, welches eine Nachjustage durchführen kann. Besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, ein drittes optionales Prüfintervall vorzuziehen für eine finale Nachjustage, sodass das Sensorsignal bevorzugt exakt in der Mitte der Skala (Messskala) des Sensors platziert werden kann und somit die Gültigkeit der Einstellung für den gesamten Prozess validiert wird. Somit wäre für jedes Material oder jeden Werkstoff das Eingabe-/Ausgabesignal exakt in der Mitte der Messskala, wobei beispielsweise die Obergrenze der Messskala die Sättigung des Sensors sein kann. Beispielsweise kann das Signal so in einem Bereich von 2,1 V liegen bei einem Messintervall im Bereich von 0 bis 4,2 V. Vorteilhaft ist es daher möglich, auf einfach und effiziente Weise eine Aussage über lokale Intensitätsmini ma und -maxima material- und parametrisierungsunabhängig zu tätigen. Es ergibt sich eine deutlich vereinfachte allgemeine Analytik der Signale, sodass sowohl die Intensitätsminima wie auch die -maxima ein pa reto-optimal en Wertbereich annehmen können. A test interval is therefore proposed in which a signal that is too low can be amplified or a saturated signal can be throttled in order to achieve an optimal sensor output value. Optionally, it is possible to provide a further test interval (e.g. 2 see), which can carry out a readjustment. It has proven to be particularly advantageous to prefer a third optional test interval for a final readjustment, so that the sensor signal can preferably be placed exactly in the middle of the scale (measuring scale) of the sensor and thus the validity of the setting for the entire process is validated. Thus, for each material or material, the input/output signal would be exactly in the middle of the measuring scale, for example the upper limit of the measuring scale can be the saturation of the sensor. For example, the signal can be in a range of 2.1 V with a measurement interval in the range of 0 to 4.2 V. It is therefore advantageous to make a statement about local data in a simple and efficient manner Intensity minima and maxima are to be carried out independently of the material and parameterization. The result is a significantly simplified general analysis of the signals, so that both the intensity minimums and the maximums can assume a par reto-optimal value range.

Eine weitere maßgebliche Verbesserung wurde festgestellt für die Konfiguration, dass nach der eigentlichen Belichtungsphase, in der die oben genannten Prüfintervalle vorliegen, in einem Zustand bei ausgeschaltetem Laser ein Werteintervall zur Beschreibung des Nullrauschens vorgesehen ist (zur Ermittlung eines statistischen Mittels zur digitalen Filterung des Signals). Dieses Wertei nterva II (oder Beobachtungsintervall) ist somit vorgesehen, um ein Nullrauschen des Systems und insbesondere der Prozesskammer 1 sowie der Optik 3 zu ermitteln und diesen dadurch ermittelten Wert heranzuziehen, um die Schwellenwerte oder den Wertebereich für den fotodiodischen Sensor 9 (oder die fotodiodischen Sensoren) entsprechend einzustellen und somit einen Grundwert festzulegen, basierend auf welchen die später in den nächsten Prüfintervallen herangezogenen Schwellenwerte ermittelt werden können (beispielsweise durch Addition des Vorgabewerts zum Wert des Nullrauschens). Durch diese besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist es möglich, die Schwellenwerte oder den zulässigen Bereich des Sensors (fotodiodischer Sensor 9) entsprechend präzise vorzugeben, sodass Fehler aufgrund des Nullrauschens minimiert werden können. A further significant improvement was found for the configuration that after the actual exposure phase, in which the above-mentioned test intervals are present, a value interval to describe the zero noise is provided in a state with the laser switched off (to determine a statistical means for digitally filtering the signal) . This value i nterva II (or observation interval) is therefore provided in order to determine zero noise in the system and in particular in the process chamber 1 and the optics 3 and to use this value determined thereby to determine the threshold values or the value range for the photodiodic sensor 9 (or the photodiodic Sensors) must be set accordingly and thus a basic value based on which the threshold values used later in the next test intervals can be determined (for example by adding the default value to the value of the zero noise). This particularly advantageous embodiment makes it possible to specify the threshold values or the permissible range of the sensor (photodiodic sensor 9) with corresponding precision, so that errors due to zero noise can be minimized.

In Fig. 2b ist eine weitere Darstellung gezeigt, bei der die Anordnung der Prüfintervalle Pi, P2, P3, PN und des Werteintervalls W in Relation zur Aktivierung des Lasers (Laser ON, Laser OFF) dargestellt sind und wobei zusätzlich auch der GAIN oder Verstärkungsfaktor des Sensors (Empfängers) dargestellt wird. 2b shows a further representation in which the arrangement of the test intervals Pi, P2, P3, PN and the value interval W are shown in relation to the activation of the laser (laser ON, laser OFF) and in which the GAIN or amplification factor is also shown of the sensor (receiver).

Beispielsweise kann für den Fall, in dem der Laser aktiviert wird, also der Laser auf ON gestellt wird, gemäß der obersten Kurve in Fig. 2b ein erstes Prüfintervall Pivorgesehen sein, welches in einer beispielhaften Ausführungsform gleichzeitig mit der ersten Aktivierung des Lasers vorgesehen ist, sodass direkt beim Aktivieren des Lasers eine Überprüfung des Sensorwerts durchgeführt wird. Die Überprüfung des Sensorwerts kann beispielsweise ein Vergleich sein und zwar ein Vergleich des Sensorwerts mit beispielsweise einer oberen Schwelle und einer unteren Schwelle, welche den erwünschten Wertbereich des Sensorausgabesignals festlegen können. Wie bereits erwähnt, kann die obere und untere Schwelle unter Berücksichtigung des in einem Werteintervall festgestellten Nullrauschens für eine spezielle Konfiguration der SLM-Anlage ermittelt werden. For example, in the case in which the laser is activated, i.e. the laser is set to ON, a first test interval Pi can be provided according to the top curve in FIG. 2b, which in an exemplary embodiment is provided simultaneously with the first activation of the laser, so that a check of the sensor value is carried out immediately when the laser is activated. The verification of the sensor value can, for example, be a comparison, namely a comparison of the sensor value with, for example, an upper threshold and a lower threshold, which can determine the desired value range of the sensor output signal. As already mentioned, the upper and lower thresholds can be determined for a specific configuration of the SLM system, taking into account the zero noise determined in a value interval.

Wird nun beispielsweise in einem Prüfintervall ein Überschreiten der oberen Schwelle festgestellt, so kann direkt und unmittelbar über die Verstärkungsschaltung, die beispielsweise direkt am fotodiodischen Sensor vorgesehen sein kann, eine Reduktion der Verstärkung erreicht werden, beispielsweise durch elektronische Verstellung des Verstärkungsfaktors oder beispielsweise durch Einwechslung eines Filters in den Strahlengang der Rückstrahlung über beispielsweise servomotorische Ansteuerung einer Filteraufnahme. Vorteilhaft wird somit direkt im Prüfintervall einerseits ein Vergleich des Sensorausgabesignals durchgeführt und zusätzlich auch eine direkte Anpassung der Verstärkung. If, for example, it is determined that the upper threshold is exceeded in a test interval, a reduction in the gain can be achieved directly and immediately via the amplification circuit, which can be provided, for example, directly on the photodiodic sensor, for example by electronically adjusting the amplification factor or, for example, by replacing a Filter into the beam path of the back radiation via, for example, servomotor control of a filter holder. Advantageously, a comparison of the sensor output signal is carried out directly in the test interval and the gain is also directly adjusted.

In einem Fall, in dem beispielsweise das Sensorsignal eine untere Schwelle unterschreitet, kann wiederum der Verstärkungsfaktor beispielsweise elektronisch erhöht werden und/oder es kann über entsprechende Ansteuerung der Filteraufnahme ein anderer Filter in den Strahlengang der Rückstrahlung gewechselt werden oder beispielsweise der Filter komplett aus dem Strahlengang der Rückstrahlung genommen werden, um das Signal entsprechend verstärken zu können. Vorteilhaft können als Filter Neutraldichtefilter oder auch wellenlängenspezifische Filter zur Intensitätsregelung verwendet werden, wie beispielsweise in Figur 6 oder 8 gezeigt und beschrieben. In a case in which, for example, the sensor signal falls below a lower threshold, the amplification factor can be increased electronically, for example, and/or another filter can be changed into the beam path of the return radiation or, for example, the filter can be completely removed from the beam path by appropriately controlling the filter holder of the retro-radiation in order to be able to amplify the signal accordingly. Neutral density filters or wavelength-specific filters for intensity control can advantageously be used as filters, as shown and described, for example, in FIG. 6 or 8.

In Fig. 2b ist im Prüfintervall Pi exemplarisch dargestellt, dass die Verstärkung (der GAIN) von einem Startwert Gstart auf einen Wert reduziert wird (in Richtung GLOW), da in diesem Beispiel festgestellt wurde, dass der Sensorausgabewert die obere Schwelle überschreitet. Nach dem ersten Prüfintervall Pi kann nach einer Wartezeit oder bevorzugt direkt im Anschluss, also ohne Wartezeit, das zweite Prüfintervall P2 folgen, bei dem wiederum ein Vergleich des Sensorausgabesignals erfolgt. Im vorliegenden Beispiel wiederum wird eine weitere Reduktion der Verstärkungseinstellung bewirkt. Wiederum im dritten Prüfintervall P3 kann eine weitere Reduktion der Verstärkungseinstellung bewirkt werden. Die Prüfintervalle P1-P3 bewirken somit eine Änderung der Verstärkung gemäß der Anpassungsintervalle Ji- J3. Für das dargestellte Beispiel kann die Verstärkung in einem Bereich zwischen Gi_ow und Ghigh liegen, wobei bevorzugt der Startwert (bevorzugt immer) auf Gstart festgelegt ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann unabhängig von verwendetem Werkstoff oder der verwendeten Belichtungsstrategie oder dem Fertigungsplan eines individuellen Werkstücks stets der Startwert Gstart als Verstärkungsfaktor von vornherein festgelegt sein, und das System kann automatisch mit Beginn der Fertigung und insbesondere dem Beginn der Belichtungsphase über die Prüfintervalle beispielsweise Pi- P3 direkt und unmittelbar eine Anpassung der Verstärkung durchführen, sodass eine besonders anwenderfreundliche, einfache und unkomplizierte optimale Ausgabe des Sensorwerts erreicht werden kann. In Fig. 2b it is shown as an example in the test interval Pi that the gain (the GAIN) is reduced from a starting value Gstart to a value (in the direction of GLOW), since in this example it was determined that the sensor output value exceeds the upper threshold. After the first test interval Pi can wait after a waiting period or preferably directly afterwards, i.e. without waiting time, the second test interval P2 follows, in which a comparison of the sensor output signal is again carried out. In the present example, a further reduction in the gain setting is effected. Again in the third test interval P3, a further reduction in the gain setting can be effected. The test intervals P1-P3 thus cause a change in the gain in accordance with the adaptation intervals Ji-J3. For the example shown, the gain can be in a range between Gi _ow and Ghigh, with the starting value (preferably always) preferably being set to Gstart. In a particularly advantageous embodiment, regardless of the material used or the exposure strategy used or the production plan of an individual workpiece, the starting value Gstart can always be set in advance as a gain factor, and the system can automatically be used at the start of production and in particular at the start of the exposure phase over the test intervals, for example Pi-P3 can directly and immediately adjust the gain so that a particularly user-friendly, simple and uncomplicated optimal output of the sensor value can be achieved.

Wie in Fig. 2b dargestellt, ist es zudem möglich, weitere Prüfintervalle während der Belichtungsphase bzw. während der Zeit des aktivierten Lasers vorzusehen. Diese weiteren Prüfintervalle sind exemplarisch mit PN bezeichnet. Vorteilhaft sind diese zusätzlichen Prüfintervalle zyklisch vorgesehen, nach einer vorbesti mm baren Mindestzeit. Dadurch ist es möglich, kontinuierlich während der Belichtungsphase eine Anpassung der Ausgabe des Sensorwerts zu erreichen und einen stets optimalen Sensorausgabewert zu gewährleisten. Ein in Fig. 2b dargestelltes Prüfintervall PN wiederum erfordert exemplarisch eine Verstärkung des Verstärkungsfaktors, sodass der GAIN in diesem Intervall erhöht wird. In Fig. 2b ist zudem ein exemplarischer Wert des Intervalls dargestellt, der zeitlich in einem Bereich vorgesehen ist, in dem der Laser deaktiviert ist, also der Laser auf OFF gestellt ist. In diesem Werteintervall kann das Nullrauschen erfasst werden. Basierend auf dem erfassten Nullrauschen können wiederum die Schwellenwerte für den vorhin genannten Vergleich des Sensorwerts ermittelt werden. Beispielsweise kann der ermittelte Wert des Nullrauschens von vorgegebenen idealen Schwellenwerten abgezogen werden. Das Werteintervall W kann vorteilhaft jeweils vor oder nach einer Belichtungsphase vorgesehen sein, sodass eine automatische Einstellung der optimalen Schwellenwerte erfolgen kann. As shown in Fig. 2b, it is also possible to provide further test intervals during the exposure phase or during the time of the activated laser. These further test intervals are labeled PN as an example. These additional test intervals are advantageously scheduled cyclically, after a predetermined minimum time. This makes it possible to continuously adjust the output of the sensor value during the exposure phase and to always ensure an optimal sensor output value. A test interval PN shown in FIG. 2b in turn requires an increase in the gain factor as an example, so that the GAIN is increased in this interval. 2b also shows an exemplary value of the interval, which is temporally provided in a range in which the laser is deactivated, i.e. the laser is set to OFF. Zero noise can be recorded in this value interval. Based on the detected zero noise, the threshold values for the aforementioned comparison of the sensor value can in turn be determined. For example, the determined value of zero noise can be subtracted from predetermined ideal threshold values. The value interval W can advantageously be provided before or after an exposure phase, so that the optimal threshold values can be set automatically.

Die Verstärkungseinstellung kann bevorzugt durch eine Elektronik erreicht werden, die im- bzw. am Sensor innerhalb von Nano- bis Mikrosekunden auf die Sättigung reagiert und die Verstärkung verändert sowie den neuen Einstellungswert speichert und an einer Schnittstelle für die Maschinensteuerung oder einen Computer der Laserstrahlschmelzanlage (oder einen Rechner, der im Netzwerk durch die Vorrichtung beschickt werden kann) auslesbar macht oder an diese ausgibt. Die Elektronik wird bevorzugt in einem Gehäuse untergebracht und mit den Fotodioden oder der Fotodiode als Eingangssignal verbunden. Eine solche Verstärkungselektronik im Gehäuse 15 ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt. Die Verstärkungselektronik 15 ist mit dem fotodiodischen Sensor 9 verbunden, um als Eingangssignal den Fotodioden Ausgangswert zu erhalten. Die Regelung der Signalverstärkung wird auf einer oder mehreren Platinen fest verlötet und enthält unter anderem einen programmierbaren Mikrokontroller z.B. FPGA und eine analoge oder serielle Schnittstelle zur Weitergabe der Messdaten und Verstärkungseinstellung an einen Computer. The gain setting can preferably be achieved by electronics that react to saturation in or on the sensor within nano- to microseconds and change the gain and save the new setting value and send it to an interface for the machine control or a computer of the laser beam melting system (or a computer that can be fed by the device in the network) readable or outputs to it. The electronics are preferably housed in a housing and connected to the photodiodes or the photodiode as an input signal. Such amplification electronics in the housing 15 is shown, for example, in FIG. The amplification electronics 15 is connected to the photodiode sensor 9 in order to obtain the photodiode output value as an input signal. The control of the signal amplification is soldered onto one or more circuit boards and contains, among other things, a programmable microcontroller, e.g. FPGA, and an analog or serial interface for passing on the measurement data and amplification settings to a computer.

In Fig. 2c ist beispielhaft der Laserstrahl L dargestellt, der entlang der Scanrichtung SC bewegt wird. Der Laserstrahl L schmilzt das Pulver auf und formt ein Schmelzbad, indem beispielsweise das Plasma P vorliegt. Zudem ist in Fig. 2c die Strömungsrichtung des Schutzgases, die Schutzgasströmungsrichtung SS, dargestellt, welche vorliegend exemplarisch in dieselbe Richtung wie die Scanrichtung verläuft. Besonders bevorzugt verläuft die Scanrichtung SC und Schutzgasströmung SS jedoch gegenläufig. Verschiedene Arten von Defekten können im Bereich des Schmelzbads SB auftreten. Beispielsweise das Kondensat Dl sowie das ausgestoßene Pulver D2 sowie die Spritzer D3, welche an der Oberfläche des Bauteils anhaften können. Die Fokussierung des Laserlichts wie auch die Scanrichtung sowie die Richtung der Schutzgasströmung sind dabei wesentliche Einflussfaktoren auf die Bauteilqualität. Die entstehenden Prozessnebenprodukte und Defekte, wie sie beispielsweise in Fig. 2c dargestellt sind, können dazu führen, dass der Strahlengang des Lasers beeinflusst wird, sodass es zu einer Defokussierung des Laserlichts kommen kann. Eine solche Defokussierung oder Aufweitung des Laserstrahls im Bereich des Schmelzbads kann zu einer negativen Auswirkung auf die Bauteilqualität führen. Mithin ist es maßgeblich, eine möglichst präzise Überwachung des Schmelzbads zu erreichen, um Prozessparameter wie beispielsweise die Stärke des Laserlichts, die Richtung und Geschwindigkeit des Laserscanners, wie auch die Schutzgasströmungsrichtung SS optimal einzustellen bzw. in einer vorteilhaften Weiterbildung dynamisch einzustellen abhängig von erfassten Sensorausgabewerten der Fotodiode 9. Durch die optimierte Schmelzbadüberwachung können (mittels Erfassungssystem mit Empfänger, d.h. Sensor) die Defekte reduziert werden, da die Prozessparameter sehr genau bestimmt werden können und da das Sensorsignal des Empfängers insbesondere dynamisch angepasst werden kann. 2c shows an example of the laser beam L, which is moved along the scanning direction SC. The laser beam L melts the powder and forms a melt pool in which, for example, the plasma P is present. In addition, the flow direction of the protective gas, the protective gas flow direction SS, is shown in FIG. 2c, which in the present example runs in the same direction as the scanning direction. However, the scanning direction SC and protective gas flow SS particularly preferably run in opposite directions. Various types of defects can occur in the area of the melt pool SB. For example, the condensate Dl and the ejected powder D2 as well as the splashes D3, which can adhere to the surface of the component. The focusing of the laser light as well as the scanning direction and the direction of the protective gas flow are included essential influencing factors on component quality. The resulting process by-products and defects, such as those shown in Fig. 2c, can lead to the beam path of the laser being influenced, so that defocusing of the laser light can occur. Such defocusing or expansion of the laser beam in the area of the melt pool can have a negative impact on the component quality. It is therefore crucial to achieve the most precise monitoring of the melt pool in order to optimally adjust process parameters such as the strength of the laser light, the direction and speed of the laser scanner, as well as the protective gas flow direction SS or, in an advantageous development, to adjust them dynamically depending on the recorded sensor output values Photodiode 9. Through the optimized melt pool monitoring (using a detection system with a receiver, ie sensor), the defects can be reduced because the process parameters can be determined very precisely and because the receiver's sensor signal can in particular be dynamically adjusted.

Wie in Fig. 3 dargestellt, kann der eine oder die mehreren fotodiodischen Sensoren 9 nun derart angeordnet werden, dass im Strahlengang der Rückstrahlung aus dem Schmelzbad bzw. der Emission 7 aus dem Schmelzbad, ein optischer Filter 8 oder ein Strahlteiler vorgesehen ist, der direkt vor dem fotodiodischen Sensor oder den fotodiodischen Sensoren 9 vorgesehen ist. Durch das Platzieren eines optischen Filters 8 in den Strahlengang der Rückstrahlung bzw. der Emission 7 aus dem Schmelzbad, kann diese reduziert werden, sodass der vom Sensor empfangene Emissionswert (dynamisch) reduziert werden kann und mithin auch ein Sensorausgabewert bzw. ein Sättigungswert der Sensorausgabe angepasst werden kann. Eine Verstärkungsschaltung kann beispielsweise direkt beim fotodiodischen Sensor 9 angeordnet sein, insbesondere auf der derselben Platine. Alternativ ist es jedoch auch möglich, eine Verstärkungselektronik 15 in einem Gehäuse vorzusehen, welches direkt mit den fotodiodischen Sensoren 9 verbunden ist und die Verstärkung entsprechend einstellt. Wird ein festgelegter Schwellenwert überschritten bzw. unterschritten, kann eine Erhöhung oder eine Absenkung der elektronischen Signalverstärkung direkt bewirkt werden, sodass das Ausgabesignal sich hinsichtlich des signal-to-noise-ratio deutlich verbessert. Das ausgegebene Sensorsignal kann mithin in einer idealen Position an der Messskala des Sensors platziert werden, um möglichst präzise Ausgabewerte erreichen zu können. Somit ist eine präzise Aussage über Intensitätsminima und -maxima material- und parametrisierungsunabhängig möglich. Es ergibt sich eine deutlich vereinfachte allgemeine Analytik der Signale, die sowohl Intensitätsminima wie auch Maxima eines pa reto-optimal en Wertebereichs annehmen können. Die Anpassung des Sensorwerts erfolgt in der in Fig. 3 angestellten Vorrichtung vorteilhaft durch eine Kombination aus mechanisch aktuierbaren optischen Filtern 8, zur Abmilderung der empfangenen Strahlen aus der Emission 7 des Schmelzbads sowie zusätzlich durch die elektronische Verstärkungseinstellung über die Verstärkungselektronik 15. Diese Kombination stellte sich als besonders vorteilhaft heraus, da eine präzise und verzögerungsfreie (dynamische) Anpassung der Verstärkung erreicht werden kann. Alternativ ist es jedoch auch möglich, lediglich über die elektronische Verstärkung, also die Verstärkungselektronik 15, direkt den Ausgabewert und die Verstärkung anzupassen oder alternativ nur über die Verwendung der mechanisch einwechselbaren optischen Filter 8. As shown in Fig. 3, the one or more photodiodic sensors 9 can now be arranged in such a way that an optical filter 8 or a beam splitter is provided in the beam path of the back radiation from the melt pool or the emission 7 from the melt pool, which is directly in front of the photodiodic sensor or the photodiodic sensors 9 is provided. By placing an optical filter 8 in the beam path of the back radiation or the emission 7 from the melt pool, this can be reduced, so that the emission value received by the sensor can be reduced (dynamically) and therefore a sensor output value or a saturation value of the sensor output can also be adjusted can be. An amplification circuit can, for example, be arranged directly at the photodiodic sensor 9, in particular on the same circuit board. Alternatively, however, it is also possible to provide amplification electronics 15 in a housing, which is connected directly to the photodiodic sensors 9 and adjusts the amplification accordingly. If a defined threshold value is exceeded or fallen below, an increase or a decrease in the electronic signal amplification can be caused directly, so that the output signal The signal-to-noise ratio has improved significantly. The output sensor signal can therefore be placed in an ideal position on the measuring scale of the sensor in order to achieve the most precise output values possible. This makes it possible to make precise statements about intensity minimums and maximums, regardless of the material and parameterization. The result is a significantly simplified general analysis of the signals, which can assume both intensity minima and maxima of a par reto-optimal value range. The adaptation of the sensor value is advantageously carried out in the device shown in FIG is particularly advantageous because precise and instantaneous (dynamic) adjustment of the gain can be achieved. Alternatively, however, it is also possible to adapt the output value and the gain directly via the electronic amplification, i.e. the amplification electronics 15, or alternatively only via the use of the mechanically replaceable optical filters 8.

Fig. 4 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. Ähnlich wie in Fig. 1 und 3 bereits beschrieben, ist der Laser 5 vorgesehen, welcher den Laserstrahl 6 emittiert, der über das optische Element 4 auf die Bearbeitungsebene 2 zur Bauteilherstellung und mithin Ausbildung des Schmelzbads gerichtet wird. Die Emission 7 aus dem Schmelzbad kann über das optische Element 4 ausgekoppelt werden und dem fotodiodischen Sensor 9 zugeführt werden (obwohl der fotodiodische Sensor 9 als einzelner Sensor beschrieben wird, umfasst die vorliegende Offenbarung auch die Anordnung mehrerer Dioden als Array sowie die Anordnung mehrerer unterschiedlicher Dioden zu noch präziseren Auswertung der Emission aus dem Schmelzbad; beispielsweise eine Fotodiode für den sichtbaren Bereich, eine Fotodiode für den ultravioletten Bereich und eine für den infraroten Bereich). Die Emission 7 aus dem Schmelzbad wird wiederum an den optischen Filter 8 (bevorzugt Neutraldichtefilter) geleitet und nachfolgend dem fotodiodischen Sensor 9 zugeführt. Die optische Filtereinheit 8, wie in Fig. 4 dargestellt, kann verschiedene Ausführungsarten umfassen. Beispielsweise kann eine scheibenförmige Filteraufnahme vorgesehen sein, welche gleichmäßig am Umfang 6 verschiedene oder gleiche Filterpositionen mit entsprechenden Filtern oder als freie Durchgangsöffnung aufweist. Die Scheibe kann dabei um einen Drehpunkt drehbar angeordnet sein, derart, dass die verschiedenen Filterpositionen in den Strahlengang der Rückstrahlung in Richtung des fotodiodischen Sensors 9 angeordnet werden können. Somit kann durch Verdrehung der Scheibe ein Filteraustausch bewirkt werden. Vorteilhaft ist die Filteraufnahme in einem eigenen Gehäuse 17 vorgesehen zum entsprechenden Schutz und zur Abschirmung von der Umgebung. Fig. 4 shows a further possible embodiment according to the present invention. Similar to what has already been described in FIGS. 1 and 3, the laser 5 is provided, which emits the laser beam 6, which is directed via the optical element 4 onto the processing plane 2 for component production and thus formation of the melt pool. The emission 7 from the melt pool can be coupled out via the optical element 4 and fed to the photodiodic sensor 9 (although the photodiodic sensor 9 is described as a single sensor, the present disclosure also includes the arrangement of several diodes as an array as well as the arrangement of several different diodes for even more precise evaluation of the emission from the melt pool; for example, a photodiode for the visible range, a photodiode for the ultraviolet range and one for the infrared range). The emission 7 from the melt pool is in turn passed to the optical filter 8 (preferably neutral density filter) and subsequently fed to the photodiodic sensor 9. The optical filter unit 8, as shown in Fig. 4, may include various embodiments. For example, a disk-shaped filter holder can be provided, which has 6 different or identical filter positions with corresponding filters or as a free through opening evenly around the circumference. The disk can be arranged to be rotatable about a pivot point, such that the different filter positions can be arranged in the beam path of the back radiation in the direction of the photodiodic sensor 9. This means that the filter can be replaced by rotating the disc. The filter holder is advantageously provided in its own housing 17 for appropriate protection and shielding from the environment.

Somit kann im Falle einer Sättigung oder eines zu niedrigen oder sehr rauschbehafteten Signals eine elektronische und/oder mechanische Regelung vorgenommen werden. Die elektromagnetische Welle im Wellenlängenbereich der Beobachtung kann durch die stets verlustbehafteten Transmissionen und Reflektionen an den optischen Bauteilen wie Linsen, Umlenkspiegeln und dichroitischen Spiegeln sowie an Schutzgläsern auch optisch abgeschwächt sein. Neben der dynamischen elektronischen Verstärkung wird zusätzlich eine adaptive (dynamische) optische Filterung vorgeschlagen (bevorzugt mit Neutraldichtefiltern). This means that in the event of saturation or a signal that is too low or very noisy, electronic and/or mechanical control can be carried out. The electromagnetic wave in the wavelength range of observation can also be optically attenuated due to the always lossy transmissions and reflections on the optical components such as lenses, deflection mirrors and dichroic mirrors as well as on protective glasses. In addition to dynamic electronic amplification, adaptive (dynamic) optical filtering is also proposed (preferably with neutral density filters).

In beispielsweise einer rotatorischen Aufnahme werden dafür optische Filter mit verschiedener Neutraldichte eingesetzt, welche dann je nach elektronischer Auswahl in den Beobachtungsstrahlengang eingeschwenkt werden gemäß (a) wie in Fig. 4 dargestellt. Zudem kann auch ein variabler Neutraldichtefilter nach dem Prinzip der Verdrehung von hintereinander angeordneten Polarisationsfiltern, siehe (b) in Fig. 4, verwendet werden. Die Auswahl des optischen Filters bzw. der Verlängerungsfaktor hat dabei keinen Einfluss auf die Belichtungszeit der optoelektronischen Sensorik, sodass eine ungewollte Rückkompensation ausgeschlossen ist. Die mechanische Verstellung ist ein in sich geschlossenes Bauteil mit standardisierten mechanischen und elektrischen Schnittstellen, und die verwendeten optischen Filter sind bevorzugt Standardfilter, welche im Hinblick auf die zu erwartenden elektromagnetischen Emissionen im UV-, VIS- und IR-Spektrum im selektiven Laserstrahlschmelzprozess ausgewählt sind. In a rotary recording, for example, optical filters with different neutral densities are used, which are then pivoted into the observation beam path according to (a) as shown in FIG. 4, depending on the electronic selection. In addition, a variable neutral density filter can also be used based on the principle of rotating polarization filters arranged one behind the other, see (b) in Fig. 4. The selection of the optical filter or the extension factor has no influence on the exposure time of the optoelectronic sensor system, so that unwanted back compensation is excluded. The mechanical adjustment is a self-contained component with standardized mechanical and electrical interfaces, and the optical filters used are preferably standard filters, which are designed with regard to the expected electromagnetic emissions in the UV, VIS and IR spectrum are selected in the selective laser beam melting process.

Die Aufnahmen für die Filter sind in Gehäusen untergebracht und werden mittels einer Elektronik mit Servoschrittmotoren oder geeigneten Justierantrieben in ihre gewünschte Position gebracht. Die notwendigen Bauteile zur Ansteuerung der Motorik und ein programmierbarer Mikrokontroller, z.B. FPGA, sowie serielle und analoge Schnittstellen zur Bestimmung der Position der Ansteuerung werden bevorzugt auf einer Platine verlötet. Die optische Regelung kann somit mit diesem mechanischen Ansatz eine weitere geeignete Anpassung des Signals erzeugen. The holders for the filters are housed in housings and are brought into their desired position using electronics with servo stepper motors or suitable adjustment drives. The necessary components to control the motor system and a programmable microcontroller, e.g. FPGA, as well as serial and analog interfaces to determine the position of the control are preferably soldered onto a circuit board. The optical control can therefore generate a further suitable adjustment of the signal using this mechanical approach.

In Fig. 5 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung in der automatischen Signalregulierung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die automatische und direkte Signalregulierung durch Anpassung der elektronischen Vorverstärkung und/oder optischen Adaption durch die Filter (insbesondere Neutraldichtefilter) können einzeln und in Kombination angewendet werden. Somit kann das größtmögliche Intensitätsspektrum hinsichtlich der signal-to-noise-ratio automatisch und in-situ optimiert werden. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist eine bevorzugte Regelung der Schritte im Prüfintervall dargestellt. 5 shows an advantageous embodiment in the automatic signal regulation according to the present invention. The automatic and direct signal regulation by adjusting the electronic preamplification and/or optical adaptation through the filters (in particular neutral density filters) can be used individually and in combination. This means that the largest possible intensity spectrum can be optimized automatically and in-situ with regard to the signal-to-noise ratio. As shown in Fig. 5, a preferred control of the steps in the test interval is shown.

In einem ersten Schritt in Fig. 5 kann eine Überprüfung stattfinden, mit der geklärt wird, ob die Bearbeitung mit dem Laser überhaupt aktiv ist. Wird nun festgestellt, dass die Bearbeitung aktiv ist, Ergebnis also Ja, kann in einem nächsten Schritt ein Vergleich des Sensorausgabewerts A zu einem aktuellen Zeitpunkt C sowie eines maximalen Ausgabewerts B der Sensorik durchgeführt werden. Dazu kann beispielsweise auch ein Sensor spezifischer Idealwert („D“) z.B. B ¥2 herangezogen werden. Wird nun bei der Abfrage der Laserbearbeitung festgestellt, dass der Bearbeitungslaser nicht aktiv ist, also Antwort Nein, kann als Ergebnis ein sensorspezifisches Intervall („E“) des Ausgabewerts über den Zeitraum F auf einen Wert gesetzt werden, welcher beispielsweise den Sensorausgabewert A (für die endliche Dauer F zu akquirierender Daten im deaktivierten Zustand des Lasers) im Verhältnis zum maximalen Ausgabewert B der Sensorik setzt. Für den Fall, dass der Bearbeitungslaser aktiv ist und dies entsprechend mit Ja festgestellt wurde, kann ein Sensorausgabewert A entsprechend der in Fig. 5 dargestellten Abfragen ermittelt werden. Zusätzlich, bei Vorhandensein weiterer Sensoren, können die Ausgabewerte weiterer Sensoren G entsprechend der jeweiligen maximalen Ausgabewerte der Sensorik B sowieso dem aktuellen Zeitpunkt C ins Verhältnis gesetzt werden und verglichen werden mit beispielsweise einem sensorspezifischen Idealwert D, der beispielsweise B ¥2 ist (beispielsweise der maximale Ausgabewert der Sensorik geteilt durch 2). Zudem kann festgestellt werden, ob der Ausgabewert der weiteren Sensoren G zum aktuellen Zeitpunkt C im Verhältnis zum maximalen Ausgabewerts der Sensorik B ungefähr dem Sensor spezifischen Idealwert D entspricht. In einem solchen Fall, wenn somit der Sensor spezifische Idealwert erreicht wird, ist keine Verstärkung oder Abschwächung nötig. Wird hingegen festgestellt, dass der Ausgabewert der weiteren Sensoren G von diesem sensorspezifischen Idealwert D abweicht und beispielsweise der Ausgabewert der weiteren Sensoren G im Verhältnis zum maximalen Ausgabewert der Sensorik im Verhältnis 1:1 sind oder wesentlich größer als der Sensor spezifische Idealwert, kann eine in-situ Regelung der elektronischen Signalverstärkung, siehe Regelungsblock M in Fig. 5, durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine in-situ Regelung der Signalstärke durch Änderung der optischen Filter, siehe S in Fig. 5, durchgeführt werden. In a first step in FIG. 5, a check can take place to clarify whether the processing with the laser is active at all. If it is now determined that the processing is active, i.e. the result is yes, a comparison of the sensor output value A at a current time C and a maximum output value B of the sensor system can be carried out in a next step. For this purpose, for example, a sensor-specific ideal value (“D”), e.g. B ¥2, can be used. If, when querying the laser processing, it is determined that the processing laser is not active, i.e. the answer is no, then as a result a sensor-specific interval (“E”) of the output value over the period F can be set to a value which, for example, is the sensor output value A (for the finite duration F of data to be acquired in the deactivated state of the laser) in relation to the maximum output value B of the sensor system. In the event that the processing laser is active and this has been determined as Yes, a sensor output value A can be determined in accordance with the queries shown in FIG. 5. In addition, if additional sensors are present, the output values of additional sensors G can be related to the current time C in accordance with the respective maximum output values of the sensor system B and compared with, for example, a sensor-specific ideal value D, which is, for example, B ¥2 (for example the maximum Output value of the sensor system divided by 2). In addition, it can be determined whether the output value of the other sensors G at the current time C in relation to the maximum output value of the sensor system B approximately corresponds to the sensor-specific ideal value D. In such a case, when the sensor specific ideal value is reached, no amplification or attenuation is necessary. If, on the other hand, it is determined that the output value of the further sensors G deviates from this sensor-specific ideal value D and, for example, the output value of the further sensors G is in a ratio of 1:1 in relation to the maximum output value of the sensor system or is significantly larger than the sensor-specific ideal value, an in -Situ control of the electronic signal amplification, see control block M in Fig. 5, can be carried out. Alternatively or additionally, an in-situ control of the signal strength can also be carried out by changing the optical filters, see S in Fig. 5.

Entsprechend kann eine Regelung der Signalstärke nach ,M‘ (in-situ Regelung der elektrischen Signalverstärkung) oder ,S‘ (in-situ Regelung der Signalstärke durch optische Filter) auch aufgrund der Abfrage durchgeführt werden, bei der der Ausgabewert der weiteren Sensoren G ins Verhältnis zu dem maximalen Ausgabewert der Sensorik B gesetzt wird und dieses Verhältnis im Bereich von 0 liegt oder dieses Verhältnis wesentlich kleiner als der sensorspezifische Idealwert D ist. Zudem kann eine Abfrage vorliegen die eine Regelung der Signalstärke nötig macht bei Feststellung, dass der Ausgabewert der weiteren Sensoren G zum Zeitpunkt C (aktueller Zeitpunkt), einem Wert entspricht aus einer Menge des sensorspezifischen Intervalls des Ausgabewerts (über den Zeitraum F), siehe E in Fig. 5. Accordingly, control of the signal strength according to 'M' (in-situ control of the electrical signal amplification) or 'S' (in-situ control of the signal strength using optical filters) can also be carried out based on the query in which the output value of the other sensors G ins Ratio to the maximum output value of the sensor B is set and this ratio is in the range of 0 or this ratio is significantly smaller than the sensor-specific ideal value D. In addition, there may be a query that makes it necessary to regulate the signal strength if it is determined that the output value of the other sensors G at time C (current time) corresponds to a value from a set of Sensor-specific interval of the output value (over the period F), see E in Fig. 5.

Ähnlich zu der Abfrage bezüglich der Ausgabewerte der weiteren Sensoren G kann auch die Abfrage des Sensorausgabewerts A (wie in Fig. 5 dargestellt) durchgeführt werden. In den ersten drei Abfrageblöcken (nach der Abfrage, ob der Laser aktiv ist, mit dem Ergebnis „ja“) wird im obersten Abfrageblock eine Abfrage des Sensorausgabewerts A zum aktuellen Zeitpunkt C im Verhältnis zu dem maximalen Ausgabewert „B“ der Sensorik festgestellt (A(C)/B » D; B ® 1; A(C)/B = 1). Das Verhältnis wird beispielsweise verglichen mit einem Sensor spezifischen Idealwert D und damit wird festgestellt, ob das Verhältnis wesentlich größer als dieser Sensor spezifische Idealwert D ist. Zudem wird geprüft, ob dieses Verhältnis im Wesentlichen „1“ entspricht. Sollte dies der Fall sein, so ist folgend dem oberen Block eine weitere Abfrage vorgesehen, gemäß der Regelungsblock „M“ in-situ Regelung der elektronischen Signalverstärkung. Similar to the query regarding the output values of the other sensors G, the query of the sensor output value A (as shown in FIG. 5) can also be carried out. In the first three query blocks (after the query as to whether the laser is active, with the result “yes”), in the top query block a query of the sensor output value A at the current time C in relation to the maximum output value “B” of the sensor system is determined (A (C)/B » D; B ® 1; A(C)/B = 1). The ratio is, for example, compared with a sensor-specific ideal value D and it is thus determined whether the ratio is significantly larger than this sensor-specific ideal value D. It is also checked whether this ratio essentially corresponds to “1”. If this is the case, another query is provided following the upper block, according to the control block “M” in-situ control of the electronic signal amplification.

Im mittleren Abfrageblock (A(C)/B « D) wird wiederum die Abfrage des Verhältnisses durchgeführt, um festzustellen, ob dieses Verhältnis im Wesentlichen dem Sensor spezifischen Idealwert D entspricht. Sollte dies der Fall sein, ist keine Verstärkungsanpassung nötig. Im unteren Abfrageblock (A(C)/B « 0; A(C) E; A(C)/B << D) hingegen wird festgestellt, ob dieses Verhältnis im Wesentlichen 0 entspricht oder ob dieses wesentlich kleiner als ein Sensor spezifischer Idealwert D ist. Zudem wird ermittelt, ob der Sensorausgabewert A zum aktuellen Zeitpunkt C ein Element aus der Menge E ist (sensorspezifisches Intervall des Ausgabewerts über den Zeitraum F). Wird nun im unteren Abfrageblock zumindest eine Bedingung erfüllt, so wird auch hier festgestellt, dass eine Regelung notwendig ist und eine in-situ Regelung der elektronischen Signalverstärkung, gemäß Regelungsblock ,M‘, wird durchgeführt. In the middle query block (A(C)/B «D), the ratio is again interrogated to determine whether this ratio essentially corresponds to the sensor-specific ideal value D. If this is the case, no gain adjustment is necessary. In the lower query block (A(C)/B « 0; A(C) E; A(C)/B << D), however, it is determined whether this ratio essentially corresponds to 0 or whether it is significantly smaller than a sensor-specific ideal value D is. It is also determined whether the sensor output value A at the current time C is an element from the set E (sensor-specific interval of the output value over the period F). If at least one condition is met in the lower query block, it is also determined here that regulation is necessary and an in-situ regulation of the electronic signal amplification, according to regulation block 'M', is carried out.

Im Regelungsblock ,M‘, der in-situ Regelung der elektronischen Signalverstärkung, wird zunächst auf den aktuellen (,C‘) Verstärkungsfaktor H der Sensorik abgestellt, insbesondere in Dezibel. Der aktuelle Verstärkungsfaktor der Sensorik H zum aktuellen Zeitpunkt C wird ins Verhältnis gesetzt mit dem maximalen Verstärkungsfaktor der Sensorik I und/oder mit dem maximalen Ausgabewert der Sensorik B. Zudem wird geprüft, ob der aktuelle Verstärkungsfaktor der Sensorik H wesentlich größer als 0 ist. Wird nun festgestellt, dass zumindest eine der Bedingungen erfüllt ist, wird der aktuelle Verstärkungsfaktor der Sensorik H zum aktuellen Zeitpunkt C auf den nächst kleineren vorgegebenen Verstärkungsfaktor gesetzt. Anschließend führt die Regelung wieder zurück zum ersten Schritt der Überprüfung, ob der Bearbeitungslaser aktiv ist, und ein erneuter Vergleich findet statt. Im Regelungsblock ,M‘ der in-situ Regelung der elektronischen Signalverstärkung wiederum erfolgt auch eine Überprüfung des aktuellen Verstärkungsfaktors H zum aktuellen Zeitpunkt C mit dem maximalen Verstärkungsfaktor der Sensorik I bzgl. des Absolutwerts in Relation zum Wert 0. Es wird ermittelt, ob der aktuelle Verstärkungsfaktor der Sensorik H zum Zeitpunkt C gleich 0 ist oder ob das Verhältnis des aktuellen Verstärkungsfaktors der Sensorik H zum Zeitpunkt C zum maximalen Verstärkungsfaktor der Sensorik I im Wesentlichen 0 entspricht. Wenn dies erfüllt ist, folgt der Regelungsblock ,S‘ die in- situ Regelung der Signalstärke durch Änderung der optischen Filter. In the control block 'M', the in-situ control of the electronic signal amplification, the current ('C') amplification factor H of the sensor system is initially used, especially in decibels. The current amplification factor of the sensor H for The current point in time C is put in relation to the maximum amplification factor of the sensor system I and/or to the maximum output value of the sensor system B. It is also checked whether the current amplification factor of the sensor system H is significantly greater than 0. If it is now determined that at least one of the conditions is met, the current amplification factor of the sensor system H at the current time C is set to the next smaller predetermined amplification factor. The control then returns to the first step of checking whether the processing laser is active, and a new comparison takes place. In the control block 'M' of the in-situ control of the electronic signal amplification, the current amplification factor H at the current time C is also checked with the maximum amplification factor of the sensor system I with regard to the absolute value in relation to the value 0. It is determined whether the current Amplification factor of the sensor H at time C is equal to 0 or whether the ratio of the current amplification factor of the sensor H at time C to the maximum amplification factor of the sensor I essentially corresponds to 0. If this is fulfilled, the control block 'S' follows the in-situ control of the signal strength by changing the optical filters.

In diesem Regelungsblock ,S‘ werden wiederum eine Reihe von Abfragen gestellt, welche den optischen Abschwächungswert N zum aktuellen Zeitpunkt C heranziehen. Insbesondere wird der optische Abschwächungswert N zum aktuellen Zeitpunkt C ins Verhältnis gesetzt zu dem maximalen Abschwächungswert „0“ und es wird verglichen, ob dieses Verhältnis 1 oder im Wesentlichen 1 entspricht. Ist diese Abfrage positiv, so kann der optische Abschwächungswert N zum Zeitpunkt C auf den nächst kleineren Abschwächungswert gesetzt werden. In einer weiteren Abfrage wird festgestellt ob der optische Abschwächungswert N zum aktuellen Zeitpunkt C im Wesentlichen einem minimalen Abschwächungswert Q entspricht. Sollte dies der Fall sein, so kann mit einer Deaktivierung des Lasers reagiert werden und ein Stopp der Datenakquise kann bewirkt werden, sofern der optische Abschwächungswert dem minimalen Abschwächungswert entspricht. Sollte festgestellt werden im Vergleich des optischen Abschwächungswerts N zum aktuellen Zeitpunkt C im Verhältnis zum maximalen Abschwächungswert, dass dieses Verhältnis im Wesentlichen dem minimalen Abschwächungswert entspricht, so kann die Sensorik deaktiviert werden und die Ausgabe einer Warnung kann bewirkt werden. Besonders bevorzugt wird bei jedem der ungewünschten Fälle ein Hinweis ausgegeben. In this control block 'S', a series of queries are made which use the optical attenuation value N at the current time C. In particular, the optical attenuation value N at the current time C is set in relation to the maximum attenuation value “0” and a comparison is made as to whether this ratio corresponds to 1 or essentially 1. If this query is positive, the optical attenuation value N can be set to the next smaller attenuation value at time C. In a further query, it is determined whether the optical attenuation value N at the current time C essentially corresponds to a minimum attenuation value Q. If this is the case, the laser can be deactivated and data acquisition can be stopped if the optical attenuation value corresponds to the minimum attenuation value. It should be determined by comparing the optical attenuation value N at the current time C in relation to the maximum attenuation value that If this ratio essentially corresponds to the minimum attenuation value, the sensors can be deactivated and a warning can be issued. Particularly preferably, a message is issued for each of the undesirable cases.

In einer weiteren Abfrage kann die Ausgabe eines Hinweises bewirkt werden, für den Fall, dass der optische Abschwächungswert zum aktuellen Zeitpunkt C im Verhältnis zum maximalen Abschwächungswert im Wesentlichen dem minimalen Abschwächungswert entspricht. Zudem kann ein Vergleich stattfinden, ob der optische Abschwächungswert N zum aktuellen Zeitpunkt dem maximalen Abschwächungswert 0 entspricht und/oder ob der optische Abschwächungswert N zum aktuellen Zeitpunkt C sehr viel größer ist als der minimale Abschwächungswert Q. Sollte dies der Fall sein, kann der optische Abschwächungswert N zum aktuellen Zeitpunkt C auf den nächstgrößeren Abschwächungswert gesetzt werden. In a further query, a message can be issued in the event that the optical attenuation value at the current time C essentially corresponds to the minimum attenuation value in relation to the maximum attenuation value. In addition, a comparison can take place as to whether the optical attenuation value N at the current time corresponds to the maximum attenuation value 0 and / or whether the optical attenuation value N at the current time C is much larger than the minimum attenuation value Q. If this is the case, the optical Attenuation value N at the current time C can be set to the next larger attenuation value.

Wie das vorteilhafte Regelungsbeispiel zeigt, kann durch entsprechende Signalvergleiche erreicht werden, dass eine ideale elektronische Vorverstärkung und eine optimale optische Adaption mittels Filter erreicht werden können, sodass der Sensor stets direkt im Idealbereich arbeitet. As the advantageous control example shows, appropriate signal comparisons can be used to achieve ideal electronic preamplification and optimal optical adaptation using filters, so that the sensor always works directly in the ideal range.

Die in Fig. 5 dargestellten Fallunterscheidungen sind beispielhaft für ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel. Die Fallunterscheidungen sind herangezogen unter Verwendung von Ausgabewerten, welche bevorzugt immer im Verhältnis zum maximalen Ausgabewert betrachtet werden, um sie auf jegliche Typen von Sensorik und physische Messgrößen beziehen zu können. The case distinctions shown in FIG. 5 are examples of an advantageous exemplary embodiment. The case distinctions are made using output values, which are preferably always considered in relation to the maximum output value in order to be able to relate them to any type of sensor system and physical measurement variables.

Eine weitere („belichtungsphasen-statische“) Optimierung der Schmelzbadüberwachung kann zudem durch eine zusätzliche Filtereinheit erreicht werden, während im Ausführungsbeispiel beispielsweise in Fig. 3 bevorzugt optische Filter verwendet werden, welche nur Neutraldichtefilter sind, kann die zusätzliche Filtereinheit, wie sie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt ist, eine Vielzahl von verschiedenen optischen Filtern verwenden, wie beispielsweise Kanten-, Verlaufspolarisations- und Indifferenzfilter. Die zusätzliche Filtereinheit kann zusätzlich oder alternativ zur optischen Filtereinheit 8 verwendet werden. A further ("exposure phase-static") optimization of the melt pool monitoring can also be achieved by an additional filter unit, while in the exemplary embodiment, for example in FIG. 3, optical filters are preferably used, which are only neutral density filters, the additional filter unit, as shown in FIG 6, use a variety of different optical filters, such as edge, Gradient polarization and indifference filters. The additional filter unit can be used in addition to or as an alternative to the optical filter unit 8.

Metalle und Metalllegierungen die für da selektive Laserstrahlschmelzen in Pulverform vorliegen, emittieren entsprechend ihrer Temperatur Energie in Form von elektromagnetischen Wellen mit charakteristischen Wellenlängen. Es wird für den Fertigungsprozess ein Wellenlängenbereich mit geeigneter optischer Sensorik z.B. Fotodioden beobachtet, um das Verhalten des schmelzenden, flüssigen oder erstarrenden Materials nachzuvollziehen. Das individuelle thermische Spektrum der Metalllegierung lässt dabei auf seine Temperatur schließen. Es ist mithin erforderlich, für bestimmte Anwendungen das thermische Spektrum zu entschlüsseln und die Sensorik für die prozessgerechte Beobachtung zu optimieren. Metals and metal alloys that are in powder form for selective laser beam melting emit energy in the form of electromagnetic waves with characteristic wavelengths depending on their temperature. For the manufacturing process, a wavelength range is observed with suitable optical sensors, e.g. photodiodes, in order to understand the behavior of the melting, liquid or solidifying material. The individual thermal spectrum of the metal alloy indicates its temperature. It is therefore necessary to decode the thermal spectrum for certain applications and to optimize the sensor technology for process-appropriate observation.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, eine Mechanik vorzusehen, die von einer Elektronik bewegt werden kann, wobei der mechanische Teil eine zusätzliche Filteraufnahme umfasst für die Platzierung von optischen Filtern in den Beobachtungsstrahl der Emission aus dem Schmelzbad. Diese optischen Filter umfassen vorteilhaft Kantenfilter, Verlaufsfilter, Polarisationsfilter und Interferenzfilter, mit denen das Wellenlängenspektrum der zu beobachtenden Schmelzbademission vor dem Auftreffen auf die Messeinheit eingeschränkt wird. Die Fixierung der optischen Filter kann sowohl auf einem oder mehreren kreisrunden, verdrehbaren Aufnahmen (wie c) in Fig. 6) wie auch in einem oder mehreren individuell translatorisch beweglichen Vorschüben, (wie in d) der Fig. 6) erfolgen. Jede Aufnahme kann einzeln angesteuert werden, um entsprechend der Anzahl der Aufnahmen eine beliebige Kombination von Filtern in den Beobachtungsstrahl einzubringen. According to the invention, it is therefore proposed to provide a mechanism that can be moved by electronics, the mechanical part comprising an additional filter holder for the placement of optical filters in the observation beam of the emission from the melt pool. These optical filters advantageously include edge filters, graduated filters, polarization filters and interference filters, with which the wavelength spectrum of the melt pool emission to be observed is limited before it hits the measuring unit. The optical filters can be fixed both on one or more circular, rotatable receptacles (like c) in FIG. 6) as well as in one or more individually translationally movable feeds (like in d) of FIG. 6). Each exposure can be controlled individually in order to introduce any combination of filters into the observation beam depending on the number of exposures.

Vorteilhaft wird die zusätzliche Filtereinheit somit dem fotodiodischen Sensor 9 vorgeschaltet, zusätzlich oder alternativ zur Filtereinheit wie sie in Fig. 3 oder 4 beschrieben ist. Jede Aufnahme kann einzeln angesteuert werden, um entsprechend der Anzahl der Aufnahmen eine gewünschte Kombination von Filtern in den Beobachtungsstrahl einzubringen, wobei die verdrehbaren Aufnahmen zudem mit einer Leerstelle versehen sein können, welche bei Eindrehen in den Beobachtungstrahl keine Filterung vornimmt. The additional filter unit is thus advantageously connected upstream of the photodiodic sensor 9, in addition to or as an alternative to the filter unit as described in FIG. 3 or 4. Each recording can be controlled individually in order to introduce a desired combination of filters into the observation beam depending on the number of recordings, with the rotatable recordings can also be provided with a blank space, which does not carry out any filtering when screwed into the observation beam.

Die Ansteuerung der Mechanik erfolgt über eine Elektronik, die Servoschrittmotoren oder geeignete Justierantriebe ansteuern. Die Auswahl der Filter entspricht der zu erwartenden elektromagnetischen Emission im UV-Spektrum, VIS-Spektrum und IR- Spektrum, welche mittels beispielsweise Spektroskopie und pyrometrischen Messungen im selektiven Laserstrahl-Schmelzprozess ermittelt werden können. Die optische Regelung mit Filtern für verschiedene Wellenlängenbereiche kann mit diesem mechanischen Ansatz eine geeignete Anpassung des Signals erzeugen, um im Fall einer Veränderung des Signals (z.B. durch den Materialwechsel) ein Messsignal hinsichtlich seines Informationsgehalts zu optimieren. The mechanics are controlled via electronics that control servo stepper motors or suitable adjustment drives. The selection of filters corresponds to the expected electromagnetic emissions in the UV spectrum, VIS spectrum and IR spectrum, which can be determined using, for example, spectroscopy and pyrometric measurements in the selective laser beam melting process. With this mechanical approach, optical control with filters for different wavelength ranges can generate a suitable adjustment of the signal in order to optimize a measurement signal in terms of its information content in the event of a change in the signal (e.g. due to a change in material).

Das Abkürzungsverzeichnis für Figur 5 lautet wie folgt: The list of abbreviations for Figure 5 is as follows:

A = Sensorausgabewert A = sensor output value

B = Maximaler Ausgabewert der Sensorik B = Maximum output value of the sensor system

C = aktueller Zeitpunkt C = current time

D = Sensorspezifischer Idealwert, z.B. B/2 D = sensor-specific ideal value, e.g. B/2

E = Sensorspezifisches Intervall des Ausgabewertes über den Zeitraum F E = Sensor-specific interval of the output value over the period F

F = Endliche Dauer zu akquirierender Daten im deaktivierten Zustand des LasersF = Finite duration of data to be acquired when the laser is deactivated

G = Ausgabewert(e) weitere(r) Sensor(en) G = output value(s) additional sensor(s)

H = aktueller Verstärkungsfaktor der Sensorik (z.B. in dB) H = current amplification factor of the sensor system (e.g. in dB)

I = Maximaler Verstärkungsfaktor der Sensorik I = Maximum amplification factor of the sensor system

J = Nächstkleinerer eingespeicherter Verstärkungsfaktor J = Next smaller stored gain factor

K = Nächstgrößerer eingespeicherter Verstärkungsfaktor K = Next larger stored gain factor

M = ln-situ Regelung der elektronischen Signalverstärkung M = in-situ control of electronic signal amplification

N = Optischer Abschwächungswert (z.B. OD) N = Optical attenuation value (e.g. OD)

0 = Maximaler Abschwächungswert 0 = Maximum attenuation value

P = Nächstkleinerer Abschwächungswert P = Next smaller attenuation value

Q = Minimaler Abschwächungswert Q = Minimum attenuation value

R = Nächstgrößerer Abschwächungswert R = Next largest attenuation value

S = In-Situ Regelung der Signalstärke durch Änderung der opt. Filter Wie in Fig. 6 dargestellt, kann beispielsweise ein Aufbau mit Neutraldichtefiltern, wie in Fig. 3 beschrieben, mittels der Konfiguration unter c) in Fig. 6 erreicht werden. Ein rotatorischer Wechsel von Neutraldichtefiltern unter c) (erste Filtervorrichtung) in Fig. 6 ist somit einfach möglich. Zusätzlich kann in die Rückstrahlung bzw. in den Strahlengang der Emission aus dem Schmelzbad die zweite Filtervorrichtung unter d) eingefügt werden, welche einen translatorisch eingeschobenen optischen Filter darstellt, wobei bevorzugt jede der zwei in Fig. 6 dargestellten Filtereinheiten ein separates Gehäuse aufweist und diese über eine gemeinsame Steuerelektronik 16 angesteuert werden können. Durch diese besonders vorteilhafte Ausgestaltung wird es ermöglicht, eine noch präzisere Filterung der Rückstrahlung zu erreichen, sodass einerseits über die Verwendung der Kanten-Verlaufs-Polarisation und/oder Interferenzfilter, wie auch zusätzlich durch die rotatorisch einzuwechselnden Neutraldichtefilter eine optimale Konditionierung der Rückstrahlung erfolgt, sodass einerseits der Sensor 9 optimal geschützt wird und zusätzlich auch eine optimale Auswertung des Sensorsignals ermöglicht wird. Zusätzlich ist vorteilhaft, natürlich auch die elektronische Verstärkungsverstellungvorgesehen, um einen Ausgabewert des Sensors im Idealbereich zu ermöglichen. Beispielsweise kann die erste Filtervorrichtung für die dynamische optische Filterung während der Belichtungsphase (bevorzugt unter Verwendung der Neutraldichtefilter) verwendet werden und die zweite Filtervorrichtung für die während der Belichtungshase statische optische Filterung (bevorzugt unter Verwendung von Kantenfilter, Verlaufsfilter, Polarisationsfilter und Interferenzfilter). S = In-Situ control of the signal strength by changing the opt. filter As shown in FIG. 6, for example, a structure with neutral density filters as described in FIG. 3 can be achieved using the configuration under c) in FIG. A rotational change of neutral density filters under c) (first filter device) in Fig. 6 is therefore easily possible. In addition, the second filter device under d) can be inserted into the back-radiation or into the beam path of the emission from the melt pool, which represents a translationally inserted optical filter, each of the two filter units shown in FIG. 6 preferably having a separate housing and this via a common control electronics 16 can be controlled. This particularly advantageous embodiment makes it possible to achieve an even more precise filtering of the retro-radiation, so that, on the one hand, through the use of the edge-gradient polarization and/or interference filters, as well as additionally through the rotationally replaceable neutral density filters, optimal conditioning of the retro-radiation takes place, so that On the one hand, the sensor 9 is optimally protected and, in addition, optimal evaluation of the sensor signal is also made possible. In addition, the electronic gain adjustment is of course also advantageously provided in order to enable an output value of the sensor in the ideal range. For example, the first filter device can be used for dynamic optical filtering during the exposure phase (preferably using the neutral density filters) and the second filter device can be used for static optical filtering during the exposure phase (preferably using edge filters, graduated filters, polarization filters and interference filters).

Die Intensität der messbaren elektromagnetischen Emission des Schmelzbades im selektiven Laserstrahlschmelzen hängt maßgeblich auch von der eingebrachten Energie und dem Absorptionsverhalten des verwendeten Metallpulvers ab. Der Werkstoff erlebt eine Temperatursteigerung und min. einen Phasenwechsel von der festen Partikelform in die flüssige Form. Entsprechend der Temperatur und dem charakteristischen Emissionsgrad des Werkstoffs verändert sich die transportierte Energie in Form der elektromagnetischen Emission spektral unterschiedlich. Es gilt, das Signalniveau durch die Einschränkung des Beobachtungsspektrums auf das Material und die zu erwartenden Temperaturschwankungen anzupassen (zum Beispiel mittels der genannten zweiten Filtervorrichtung). The intensity of the measurable electromagnetic emission of the melt pool in selective laser beam melting also depends significantly on the energy introduced and the absorption behavior of the metal powder used. The material experiences an increase in temperature and at least a phase change from the solid particle form to the liquid form. Depending on the temperature and the characteristic emissivity of the material, the transported energy in the form of electromagnetic emission changes spectrally differently. The aim is to reduce the signal level by limiting the observation spectrum to that Adapt material and the expected temperature fluctuations (for example by means of the second filter device mentioned).

In einer Weiterbildung wird eine computergestützte Datenbank vorgeschlagen welche bevorzugt mit der Maschinensteuerung und/oder dem Erfassungssystem verbunden sein kann oder zumindest Daten austauschen kann. Die Datenbank, welche beispielsweise in einer werkzeugmaschinenherstellerseitigen Cloud den einzelnen Werkzeugmaschinen bzw. deren Nutzern (insbesondere über SaaS) bereitgestellt wird, enthält die Informationen zum individuellen Prozess (aktueller Herstellungsprozess des Werkstücks). Das sind, in der Fertigungsmaschine für die Fertigungsiteration ausgewählte Parameterkombinationen (Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Rasterbahnabstand, Schichtstärke) und das verwendete Material. In einem statischen Teil der Datenbank sind zudem Messdaten hinterlegt, welche den Emissionsgrad eines Metalls für eine bestimmte Wellenlänge über einen Temperaturverlauf oder eine Prozessenergiebilanz korrelieren, (siehe Beispiel in Fig. 7) Über pyrometrische Messung von Temperaturen im selektiven Laserstrahlschmelzen können die entsprechenden Werte festgestellt werden. Die eingebrachte Prozessenergie lässt sich jedoch auch vorteilhaft aus der Parameterkombination berechnen. In a further development, a computer-aided database is proposed which can preferably be connected to the machine control and/or the recording system or can at least exchange data. The database, which is made available to the individual machine tools or their users (in particular via SaaS), for example in a machine tool manufacturer's cloud, contains the information about the individual process (current manufacturing process of the workpiece). These are the parameter combinations selected in the manufacturing machine for manufacturing iteration (laser power, scanning speed, grid spacing, layer thickness) and the material used. In a static part of the database, measurement data is also stored that correlates the emissivity of a metal for a specific wavelength over a temperature curve or a process energy balance (see example in Fig. 7). The corresponding values can be determined via pyrometric measurement of temperatures in selective laser beam melting . However, the process energy introduced can also be advantageously calculated from the combination of parameters.

Für den, im Ausgangszustand vorgeschalteten, wellenlängen-begrenzenden Filter wird das Signal mit der für das Material im beobachteten Spektrum erwarteten Intensität abgeglichen. Der Abgleich mit der statistisch ermittelten Kennwertlinie (gern. Datenbank) ermöglicht die Ermittlung des geeigneten Beobachtungsspektrums mithilfe einer automatisierten Suche. Dafür wird zunächst bewertet, ob das Signal deutlich über oder deutlich unter Hälfte des der Messskala liegt. Die Suche gleicht ab, welche Beobachtungswellenlänge im Verhältnis zur Abweichung des momentanen Signals von der Messskalen mitte die optimale Signalreduktion bzw. -erhöhung erzielt. Durch den Wechsel des optischen Filters wird entsprechend die Beobachtung auf das Spektrum gerichtet, welches ein zur Auswertung optimal nutzbares Signal-zu-Rauschen-Verhältnis besitzt. Schichtdaten sind nur miteinander vergleichbar, wenn die Messkonditionen über den Bauprozess gleich bleiben. Es ist daher notwendig, die Zeitintervalle für die automatische Signalanpassung durch wellenlängenspezifische Filter möglichst kurz zu halten, um den Informationsverlust durch die Skalenveränderung klein zu halten. Die automatische in-situ Signalregulierung durch Anpassung der wellenlängenspezifischen Filter ermöglicht das größtmögliche Informationspotenzial hinsichtlich der Signal-zu-Rauschen-Verhältnis (signal-to- noise-ratio). Fig. 8 zeigt schematisch die einzelnen Schritte in der vorteilhaften Regelung des Systems. Die zur Fallunterscheidung herangezogenen Ausgabewerte werden immer in Verhältnis zum maximalen Ausgabewert betrachtet, um sie auf jegliche Typen von Sensoriken und physischen Messgrößen beziehen zu können For the wavelength-limiting filter installed in the initial state, the signal is compared with the intensity expected for the material in the observed spectrum. Comparison with the statistically determined characteristic curve (also known as database) enables the appropriate observation spectrum to be determined using an automated search. To do this, it is first assessed whether the signal is significantly above or significantly below half of the measurement scale. The search compares which observation wavelength achieves the optimal signal reduction or increase in relation to the deviation of the current signal from the middle of the measurement scale. By changing the optical filter, the observation is directed to the spectrum that has a signal-to-noise ratio that can be optimally used for evaluation. Layer data can only be compared with each other if the measurement conditions cover the construction process stay the same. It is therefore necessary to keep the time intervals for automatic signal adjustment using wavelength-specific filters as short as possible in order to keep the loss of information due to the scale change small. The automatic in-situ signal regulation by adjusting the wavelength-specific filters enables the greatest possible information potential with regard to the signal-to-noise ratio. Fig. 8 shows schematically the individual steps in the advantageous control of the system. The output values used to differentiate between cases are always considered in relation to the maximum output value in order to be able to relate them to all types of sensors and physical measurements

Das Abkürzungsverzeichnis für Figur 8 lautet wie folgt: The list of abbreviations for Figure 8 is as follows:

A = Sensorausgabewert A = sensor output value

B = Maximalwert der Skala B = maximum value of the scale

C = aktueller Zeitpunkt C = current time

D = Mittlerer Wert, z.B. B/2 D = Average value, e.g. B/2

Vorliegende Merkmale, Komponenten und spezifische Details können ausgetauscht und/oder kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu erstellen in Abhängigkeit des geforderten Verwendungszwecks. Etwaige Modifikationen, die im Bereich des Wissens des Fachmanns liegen, werden mit der vorliegenden Beschreibung implizit offenbart. Present features, components, and specific details may be interchanged and/or combined to create additional embodiments depending on the required use. Any modifications that are within the knowledge of those skilled in the art are implicitly disclosed in the present description.

Claims

Patentansprüche Patent claims

1. Verfahren für eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbauen von Bauteilen aus pulverförmigem Werkstoff mittels optischer Wechselwirkung, insbesondere nach dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens, wobei die Vorrichtung in einer Belichtungsphase mittels Energiestrahl (6) in einem Bearbeitungsbereich ein Schmelzbad formt, zum Ausbilden einer Bauteilschicht durch schichtweises Verschmelzen oder Versintern von Werkstoff pulver und die Vorrichtung zumindest ein Erfassungssystem (9) mit einem Empfänger aufweist, zum Erfassen einer Rückstrahlung (7) aus dem Bearbeitungsbereich; wobei das Verfahren die Schritte umfasst: 1. Method for a device for building up components from powdery material in layers by means of optical interaction, in particular according to the method of selective laser melting, wherein the device forms a melt pool in a processing area in an exposure phase using an energy beam (6), for forming a component layer by layering Fusing or sintering material powder and the device has at least one detection system (9) with a receiver for detecting retro-radiation (7) from the processing area; wherein the method includes the steps:

Empfangen der Rückstrahlung (7) aus dem Bearbeitungsbereich durch den Empfänger des Erfassungssystems (9) und, basierend auf der empfangenen Rückstrahlung (7), Erzeugen eines elektrischen Signals (11;12); und wenn in einem Prüfintervall (PI-PN) das erzeugte elektrische Signal (11;12), als Eingangssignal für das Prüfintervall (PI-PN), von zumindest einem vorgebbaren Sollbereich und/oder Sollwert abweicht, Anpassung des erzeugten elektrischen Signals (11;12), durch Anpassung eines Verstärkungsfaktors des Erfassungssystems (9) und/oder durch Anpassung zumindest eines dem Empfänger im Strahlengang der Rückstrahlung (7) vorgeschalteten optischen Filters (8). Receiving the return radiation (7) from the processing area by the receiver of the detection system (9) and, based on the received return radiation (7), generating an electrical signal (11; 12); and if in a test interval (PI-PN) the generated electrical signal (11; 12), as an input signal for the test interval (PI-PN), deviates from at least one predeterminable target range and/or target value, adapting the generated electrical signal (11; 12), by adapting an amplification factor of the detection system (9) and/or by adapting at least one optical filter (8) connected upstream of the receiver in the beam path of the return radiation (7).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren insbesondere vor der Fertigung des Bauteils und/oder vor einer Belichtungsphase die Schritte umfasst: 2. The method according to claim 1, wherein the method comprises the steps in particular before the production of the component and/or before an exposure phase:

Selektieren eines oder mehrerer optischer Filter (8) einer Aufnahmeeinheit basierend auf dem Werkstoff des verwendeten Werkstoff pulvers und einem vorbestimmten Fertigungsszenario für die Fertigung des Werkstücks; und automatisiertes Einwechseln des selektierten einen oder der selektierten mehreren optischen Filter (8) der Aufnahmeeinheit in den Strahlengang der Rückstrahlung (7) vor den Empfänger, wobei die Einwechslung des einen oder der mehreren optischen Filter (8) vor der Belichtungsphase stattfindet und wobei die eingewechselten Filter (8) bevorzugt während der Belichtungsphase unverändert eingewechselt bleiben. Selecting one or more optical filters (8) of a recording unit based on the material of the material powder used and a predetermined manufacturing scenario for manufacturing the workpiece; and automated replacement of the selected one or more selected optical filters (8) of the recording unit into the beam path of the return radiation (7) in front of the receiver, the replacement of the one or more several optical filters (8) take place before the exposure phase and the replaced filters (8) preferably remain unchanged during the exposure phase.

3. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Empfänger des Erfassungssystems (9), zumindest während der Belichtungsphase, die Rückstrahlung (7) aus dem Schmelzbad empfängt. 3. The method according to at least one of the preceding claims, wherein the receiver of the detection system (9), at least during the exposure phase, receives the return radiation (7) from the melt pool.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bedingung für die Anpassung des elektrischen Signals (11;12) erfüllt ist, wenn das elektrische Signal (11;12) im Prüfintervall (PI-PN) einen vorbestimmbaren ersten Schwellenwert überschreitet oder einen vorbestimmbaren zweiten Schwellenwert unterschreitet. 4. The method according to at least one of the preceding claims, wherein the condition for adapting the electrical signal (11; 12) is fulfilled when the electrical signal (11; 12) in the test interval (PI-PN) exceeds a predeterminable first threshold value or a falls below the predeterminable second threshold value.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassungssystem (9) die Anpassung des elektrischen Signals (11; 12) während oder am Ende des Prüfintervalls (PI-PN) automatisch ausführt. 5. The method according to at least one of the preceding claims, wherein the detection system (9) automatically carries out the adaptation of the electrical signal (11; 12) during or at the end of the test interval (PI-PN).

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach einem ersten Prüfintervall (Pi), zumindest ein zweites Prüfintervall (P2) folgt und das zweite Prüfintervall (P2) als Eingangssignal das im vorangegangenen Prüfintervall angepasste elektrische Signal erhält, wobei besonders vorteilhaft ein Prüfintervall eine definierte Zeit von 1000-2000 ps oder bevorzugt 500 ps oder weniger dauert. 6. The method according to at least one of the preceding claims, wherein after a first test interval (Pi), at least a second test interval (P2) follows and the second test interval (P2) receives the electrical signal adapted in the previous test interval as an input signal, a test interval being particularly advantageous lasts a defined time of 1000-2000 ps or preferably 500 ps or less.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassung des Verstärkungsfaktors des Erfassungssystems (9) eine elektrische Drosselung oder elektrische Verstärkung des elektrischen Signals (11; 12) ist. 7. The method according to at least one of the preceding claims, wherein the adjustment of the amplification factor of the detection system (9) is an electrical throttling or electrical amplification of the electrical signal (11; 12).

8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassung eines dem Empfänger im Strahlengang der Rückstrahlung (7) vorgeschalteten optischen Filters (8) ein Verdrehen oder Verschieben einer, insbesondere mit mehreren Filtern bestückten, Filteraufnahme umfasst. 8. The method according to at least one of the preceding claims, wherein the adjustment of a receiver in the beam path of the back radiation (7) Upstream optical filter (8) includes twisting or moving a filter holder, in particular equipped with several filters.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassung des erzeugten elektrischen Signals (11; 12) direkt im Prüfintervall erfolgt, sobald zumindest eine Abweichung vom vorgebbaren Sollbereich und/oder Sollwert ermittelt wurde. 9. The method according to at least one of the preceding claims, wherein the adaptation of the generated electrical signal (11; 12) takes place directly in the test interval as soon as at least one deviation from the predeterminable target range and / or target value has been determined.

10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach oder vor der Belichtungsphase, bei deaktiviertem Energiestrahl (6), ein Werteintervall (W) vorgesehen ist, zum Erfassen des Null-Rauschens, und wobei bevorzugt der Sollwert oder Sollbereich und insbesondere der Schwellenwert des Prüfintervalls (PI-PN), basierend auf dem erfassten Wert des Null-Rauschens und einem vorgegebenen Idealwert des Empfängers ermittelt wird. 10. The method according to at least one of the preceding claims, wherein after or before the exposure phase, with the energy beam (6) deactivated, a value interval (W) is provided for detecting the zero noise, and wherein preferably the target value or target range and in particular the threshold value of the test interval (PI-PN), is determined based on the recorded value of zero noise and a predetermined ideal value of the receiver.

11. Verfahren für eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbauen von Bauteilen aus pulverförmigem Werkstoff mittels optischer Wechselwirkung, insbesondere nach dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens, wobei die Vorrichtung in einer Belichtungsphase mittels Energiestrahl (6) in einem Bearbeitungsbereich ein Schmelzbad formt, zum Ausbilden einer Bauteilschicht durch schichtweises Verschmelzen oder Versintern von Werkstoff pulver, und die Vorrichtung zumindest ein Erfassungssystem (9) mit einem Empfänger aufweist, zum Erfassen einer Rückstrahlung (7) aus dem Bearbeitungsbereich; wobei das Verfahren die Schritte umfasst: 11. Method for a device for building up components from powdery material in layers by means of optical interaction, in particular according to the method of selective laser melting, wherein the device forms a melt pool in a processing area in an exposure phase using an energy beam (6) for forming a component layer by layering Fusing or sintering material powder, and the device has at least one detection system (9) with a receiver for detecting a return radiation (7) from the processing area; the method comprising the steps:

Selektieren eines oder mehrerer optischer Filter (8) einer Aufnahmeeinheit basierend auf dem Werkstoff des verwendeten Werkstoff pulvers und einem vorbestimmten Fertigungsszenario für die Fertigung des Werkstücks; und automatisiertes Einwechseln des selektierten einen oder der selektierten mehreren optischen Filter (8) in den Strahlengang der Rückstrahlung (7) vor dem Empfänger, wobei die Einwechslung des einen oder der mehreren optischen Filter (8) vor der Belichtungsphase stattfindet und wobei bevorzugt die eingewechselten Filter (8) während der Belichtungsphase unverändert eingewechselt bleiben. Selecting one or more optical filters (8) of a recording unit based on the material of the material powder used and a predetermined manufacturing scenario for manufacturing the workpiece; and automated replacement of the selected one or more selected optical filters (8) into the beam path of the return radiation (7) in front of the receiver, the replacement of one or the plurality of optical filters (8) takes place before the exposure phase and the replaced filters (8) preferably remain unchanged during the exposure phase.

12. Vorrichtung zum schichtweisen Aufbauen von Gegenständen aus pulverförmigem Werkstoff mittels optischer Wechselwirkung, insbesondere nach dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, in einer Belichtungsphase mittels Energiestrahl (6) in einem Bearbeitungsbereich ein Schmelzbad zu formen, zum Ausbilden einer Bauteilschicht durch schichtweises Verschmelzen oder Versintern von Werkstoff pulver und wobei die Vorrichtung zumindest ein Erfassungssystem (9) aufweist, zum Erfassen einer Rückstrahlung aus dem Bearbeitungsbereich, und wobei das Erfassungssystem (9) konfiguriert ist, basierend auf der empfangenen Rückstrahlung (7) des Bearbeitungsbereichs, ein elektrisches Signal (11; 12) zu erzeugen, und wobei das Erfassungssystem (9) konfiguriert ist, wenn in einem Prüfintervall (PI-PN) das erzeugte elektrische Signal (11; 12), als Eingangssignal für das Prüfintervall (PI-PN), von zumindest einem vorgebbaren Sollbereich und/oder Sollwert abweicht, das elektrische Signal (11; 12) anzupassen, durch Anpassung eines Verstärkungsfaktors des Erfassungssystems (9) und/oder Anpassung eines dem Empfänger im Strahlengang der Rückstrahlung (7) vorgeschalteten optischen Filters (8). 12. Device for building up objects from powdery material in layers by means of optical interaction, in particular according to the method of selective laser melting, wherein the device is set up to form a melt pool in a processing area in an exposure phase using an energy beam (6) to form a component layer layer-by-layer fusing or sintering of material powder and wherein the device has at least one detection system (9) for detecting a retro-radiation from the processing area, and wherein the detection system (9) is configured, based on the received retro-radiation (7) of the processing area, an electrical one Signal (11; 12), and wherein the detection system (9) is configured when in a test interval (PI-PN) the generated electrical signal (11; 12), as an input signal for the test interval (PI-PN), from deviates from at least one predeterminable target range and/or target value, the electrical signal (11; 12) by adapting an amplification factor of the detection system (9) and/or adapting an optical filter (8) connected upstream of the receiver in the beam path of the return radiation (7).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Erfassungssystem (9) als Empfänger zum Erfassen der Rückstrahlung (7) aus dem Schmelzbad, eine oder mehrere Fotodioden und bevorzugt eine Vielzahl von unterschiedlichen Fotodioden umfasst. 13. The device according to claim 12, wherein the detection system (9) as a receiver for detecting the back radiation (7) from the melt pool, comprises one or more photodiodes and preferably a plurality of different photodiodes.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei zumindest ein14. The device according to claim 12 or 13, wherein at least one

Fotodiodenverstärker zum Verstärken des Fotostroms der zumindest einen Fotodiode vorgesehen ist, und der Verstärkungsfaktor durch den Fotodiodenverstärker einstellbar ist. Photodiode amplifier for amplifying the photocurrent of at least one Photodiode is provided, and the amplification factor can be adjusted by the photodiode amplifier.

15. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die vorgeschalteten optischen Filter (8) in einer Filteraufnahme angeordnet sind und die Filteraufnahme zum Einwechseln der Filter verdrehbar und/oder verschiebbar angeordnet ist. 15. Device according to at least one of claims 12 to 14, wherein the upstream optical filters (8) are arranged in a filter holder and the filter holder is arranged rotatably and / or displaceably for replacing the filters.

16. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei eine Vielzahl von beweglich angeordneten Filtern vorgesehen ist welche unabhängig voneinander im Strahlengang der Rückstrahlung (7) angeordnet werden können, und wobei bevorzugt mehrere Filter gleichzeitig im Strahlengang der Rückstrahlung (7) angeordnet werden. 16. Device according to at least one of claims 12 to 15, wherein a plurality of movably arranged filters are provided which can be arranged independently of one another in the beam path of the retro-radiation (7), and wherein preferably several filters are arranged simultaneously in the beam path of the retro-radiation (7). .

17. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der17. Device according to at least one of claims 12 to 16, wherein the

Empfänger koaxial zum Energiestrahl (6) angeordnet ist. Receiver is arranged coaxially to the energy beam (6).