DE102022111558A1 - Method for calibrating a generative manufacturing device, manufacturing device for the generative manufacturing of a component from a powder material and computer program for carrying out such a method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer generativen Fertigungsvorrichtung (1), mit folgenden Schritten:- Verlagern eines optischen Arbeitsstrahls (5) der generativen Fertigungsvorrichtung (1) über zumindest zwei voneinander beabstandete Antastbereiche (27) eines Arbeitsfelds (7), in dem eine bezüglich mindestens einer Koordinate verstellbare Bauplattform (9) angeordnet ist, wobei die Antastbereiche (27) so gewählt sind, dass in jedem der Antastbereiche (27) jeweils ein Konturabschnitt (29) der Bauplattform (9) erwartet wird;- Erfassen von Signalwerten von aus den Antastbereichen (27) remittiertem Licht (15) des optischen Arbeitsstrahls (5);- Ableiten einer Lage der Bauplattform (9) bezüglich der mindestens einen Koordinate aus den erfassten Signalwerten, und- Kalibrieren der Fertigungsvorrichtung (1) anhand der abgeleiteten Lage der Bauplattform (9).The invention relates to a method for calibrating a generative manufacturing device (1), with the following steps: - Displacing an optical working beam (5) of the generative manufacturing device (1) over at least two spaced-apart probing areas (27) of a working field (7), in which one a construction platform (9) adjustable with respect to at least one coordinate is arranged, the probing areas (27) being selected such that a contour section (29) of the building platform (9) is expected in each of the probing areas (27); - detecting signal values from the scanning areas (27) remitted light (15) of the optical working beam (5); - deriving a position of the building platform (9) with respect to the at least one coordinate from the recorded signal values, and - calibrating the manufacturing device (1) based on the derived position of the building platform (9).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer generativen Fertigungsvorrichtung, eine Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial und ein Computerprogramm zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for calibrating a generative manufacturing device, a manufacturing device for the generative manufacturing of a component from a powder material and a computer program for carrying out such a method.
Um eine generative Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial zu rüsten, wird eine Bauplattform in der generativen Fertigungsvorrichtung angeordnet. Um eine gute Anbindung der generativ gefertigten Bauteile an eine Arbeitsfläche der Bauplattform und/oder gegebenenfalls auf der Arbeitsfläche angeordnete Vorformlinge zu gewährleisten, ist es wesentlich, dass die Bauplattform relativ zu einem Koordinatensystem der generativen Fertigungsvorrichtung korrekt orientiert ist, insbesondere bezüglich einer Höhenkoordinate und/oder mindestens einer Winkelkoordinate. Insbesondere sollte die Arbeitsfläche der Bauplattform parallel und in einer vorbestimmten Höhenlage relativ zu einer gedachten Bauebene ausgerichtet sein, in der das Pulvermaterial mit einem optischen Arbeitsstrahl beaufschlagt wird, um ein Bauteil generativ zu fertigen. Insbesondere ist es möglich, dass die gedachte Bauebene um eine vorbestimmte Auftrags-Schichtdicke für das Pulvermaterial oberhalb einer Soll-Ebene - insbesondere 1 mm oberhalb einer höchsten Position eines Kammerbodens der Fertigungsvorrichtung - angeordnet ist, wobei die Arbeitsfläche der Bauplattform jedenfalls initial beim Rüsten der Fertigungsvorrichtung insbesondere auf Höhe des Kammerbodens und parallel zu diesem und somit in der Soll-Ebene angeordnet sowie parallel zu dieser ausgerichtet sein sollte.In order to equip a generative manufacturing device for the generative manufacturing of a component from a powder material, a construction platform is arranged in the generative manufacturing device. In order to ensure a good connection of the generatively manufactured components to a work surface of the construction platform and/or preforms possibly arranged on the work surface, it is essential that the construction platform is correctly oriented relative to a coordinate system of the generative manufacturing device, in particular with regard to a height coordinate and/or at least one angular coordinate. In particular, the working surface of the building platform should be aligned parallel and at a predetermined height relative to an imaginary building plane in which the powder material is exposed to an optical working beam in order to produce a component generatively. In particular, it is possible for the imaginary construction level to be arranged above a target level by a predetermined application layer thickness for the powder material - in particular 1 mm above a highest position of a chamber floor of the production device - with the working surface of the construction platform at least initially when setting up the production device in particular at the level of the chamber floor and parallel to it and should therefore be arranged in the target plane and aligned parallel to it.
Nach einem Einbau der Bauplattform ist die Lage derselben in der Fertigungsvorrichtung zunächst unbestimmt. Eine manuelle Vermessung und Ausrichtung der Bauplattform ist sehr zeit- und arbeitsaufwändig. Eine optische Vermessung mithilfe einer 2D- oder sogar 3D-Kamera erfordert eine hohe Rechenleistung.After the construction platform has been installed, its position in the manufacturing device is initially undetermined. Manual measurement and alignment of the construction platform is very time-consuming and labor-intensive. An optical measurement using a 2D or even 3D camera requires high computing power.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kalibrieren einer generativen Fertigungsvorrichtung, eine Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial und ein Computerprogramm zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert, vorzugsweise vermieden sind.The invention is therefore based on the object of creating a method for calibrating a generative manufacturing device, a manufacturing device for the generative manufacturing of a component from a powder material and a computer program for carrying out such a method, the disadvantages mentioned being at least reduced, preferably avoided.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.The object is achieved by providing the present technical teaching, in particular the teaching of the independent claims and the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Kalibrieren einer generativen Fertigungsvorrichtung mit folgenden Schritten geschaffen wird: Es wird ein optischer Arbeitsstrahl der generativen Fertigungsvorrichtung über zumindest zwei voneinander beabstandete Antastbereiche eines Arbeitsfelds verlagert, in dem eine bezüglich mindestens einer Koordinate verstellbare Bauplattform angeordnet ist, wobei die Antastbereiche so gewählt sind, dass in jedem der Antastbereiche jeweils ein Konturabschnitt der Bauplattform erwartet wird. Signalwerte von aus den Antastbereichen remittiertem Licht des optischen Arbeitsstrahls werden erfasst. Es wird eine Lage der Bauplattform bezüglich der mindestens einen Koordinate aus den erfassten Signalwerten abgeleitet, und die Fertigungsvorrichtung wird anhand der abgeleiteten Lage der Bauplattform kalibriert. Vorteilhaft kann mithilfe des hier vorgeschlagenen Verfahrens automatisiert, das heißt insbesondere ohne hohen Arbeits- und Zeitaufwand, und zugleich mit vergleichsweise geringer Rechenleistung eine Lage der Bauplattform in der Fertigungsvorrichtung abgeleitet und die Fertigungsvorrichtung anhand der abgeleiteten Lage kalibriert werden. Indem die Signalwerte des aus den Antastbereichen remittierten Lichts erfasst werden, fallen vergleichsweise geringe Datenmengen an, und eine Auswertung der so erhaltenen Informationen ist einfach und schnell möglich. Insbesondere greift das Verfahren nicht auf zwei- oder sogar dreidimensionale Bilddaten zurück, wobei auch keine Bildauswertung erforderlich ist. Insbesondere kann das hier vorgeschlagene Verfahren mit in der Fertigungsvorrichtung ohnehin vorhandenen Elementen umgesetzt werden, sodass es keiner zusätzlichen Komponenten bedarf. Des Weiteren wäre für die zuvor genannten zwei- oder dreidimensionalen Bilddaten eine ausreichend hohe Auflösung notwendig, die gegebenenfalls nicht mit jeder Kamera erreicht werden kann, wohingegen der optische Arbeitsstrahl problemlos mit den ohnehin vorhandenen Elementen in einer entsprechenden Präzision verstellt werden kann. Weiterhin kann die Kalibrierung vorteilhaft während eines Aufbaus einer Prozessumgebung, das heißt insbesondere während der Erzeugung einer Schutzgasatmosphäre und/oder einer definierten Strömung eines zum Abtransport von während der Fertigung entstehenden Partikeln, Rauch und Schmauch vorgesehenen Gases durchgeführt werden.The object is achieved in particular by creating a method for calibrating a generative manufacturing device with the following steps: an optical working beam of the generative manufacturing device is shifted over at least two spaced-apart probing areas of a working field in which a construction platform that is adjustable with respect to at least one coordinate is arranged, wherein the probing areas are selected such that a contour section of the building platform is expected in each of the probing areas. Signal values of light of the optical working beam remitted from the scanning areas are recorded. A position of the building platform with respect to the at least one coordinate is derived from the detected signal values, and the manufacturing device is calibrated based on the derived position of the building platform. Advantageously, using the method proposed here, a position of the construction platform in the manufacturing device can be derived automatically, that is, in particular without a lot of work and time, and at the same time with comparatively low computing power, and the manufacturing device can be calibrated based on the derived position. By recording the signal values of the light remitted from the scanning areas, comparatively small amounts of data are generated, and the information obtained in this way can be evaluated quickly and easily. In particular, the method does not rely on two- or even three-dimensional image data, and no image evaluation is required. In particular, the method proposed here can be implemented with elements already present in the manufacturing device, so that no additional components are required. Furthermore, a sufficiently high resolution would be necessary for the aforementioned two- or three-dimensional image data, which may not be able to be achieved with every camera, whereas the optical working beam can easily be adjusted with the appropriate precision using the elements that are already present. Furthermore, the calibration can advantageously be carried out during the setup of a process environment, that is to say in particular during the generation of a protective gas atmosphere and/or a defined flow of a gas intended for the removal of particles, smoke and smoke generated during production.
Insbesondere ändern sich die Signalwerte des remittierten Lichts - insbesondere unstetig oder sprunghaft -, wenn der optische Arbeitsstrahl in einem Antastbereich auf einen Konturabschnitt der Bauplattform trifft. Daher kann aus den erfassten Signalwerten auf die Lage der Konturabschnitte und damit letztlich auf die Lage der Bauplattform geschlossen werden.In particular, the signal values of the remitted light change - in particular discontinuously or abruptly - when the optical working beam hits a contour section of the build platform in a probing area. Therefore, the position of the contour sections can be determined from the recorded signal values This ultimately allows conclusions to be drawn about the position of the construction platform.
Unter dem Arbeitsfeld wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Bereich der Fertigungsvorrichtung verstanden, in dem bestimmungsgemäß die Bauplattform angeordnet wird, wobei das Arbeitsfeld zumindest etwas größer ist als die Bauplattform, sodass Konturabschnitte der Bauplattform, das heißt äußere Umrandungen oder Grenzen der Bauplattform, in dem Arbeitsfeld liegen. Bevorzugt reicht das Arbeitsfeld allseitig über die Bauplattform hinaus, sodass alle Konturabschnitte der Bauplattform innerhalb des Arbeitsfelds liegen.In the context of the present technical teaching, the working field is understood to mean, in particular, an area of the manufacturing device in which the construction platform is arranged as intended, the working field being at least slightly larger than the construction platform, so that contour sections of the construction platform, i.e. outer borders or boundaries of the construction platform, lie in the work area. The working field preferably extends beyond the building platform on all sides, so that all contour sections of the building platform lie within the working field.
Die Antastbereiche werden innerhalb des Arbeitsfelds insbesondere so gewählt, dass in jedem der Antastbereiche jeweils ein Konturabschnitt der Bauplattform erwartet wird, das heißt dass in jedem der Antastbereiche ein Teil der äußeren Umrandung oder Grenze der Bauplattform angeordnet ist, wenn die Bauplattform nicht mit einer zu großen Abweichung von ihrer bestimmungsgemäßen Position in der Fertigungsvorrichtung angeordnet ist. Typischerweise kann aber ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen werden, dass eine Abweichung der Bauplattform von ihrer bestimmungsgemäßen Position gering ist, wobei insbesondere eine Höhenabweichung höchstens wenige Millimeter beträgt, insbesondere höchstens 5 mm, oder höchstens 4 mm, oder höchstens 3 mm, oder höchstens 2 mm, oder höchstens 1 mm, wobei eine Winkelabweichung höchstens wenige Grad, insbesondere höchstens 5°, oder höchstens 4°, oder höchstens 3°, oder höchstens 2°, oder höchstens 1°, beträgt. Insbesondere sind die Antastbereiche so gewählt, dass unter diesen Voraussetzungen jeweils ein Konturabschnitt in jedem der Antastbereiche angeordnet ist, wenn die Bauplattform in der Fertigungsvorrichtung angeordnet ist.The probing areas are chosen within the working field in particular so that a contour section of the building platform is expected in each of the probing areas, that is to say that a part of the outer border or boundary of the building platform is arranged in each of the probing areas if the building platform is not too large Deviation from its intended position is arranged in the manufacturing device. Typically, however, it can be assumed without limiting the generality that a deviation of the construction platform from its intended position is small, in particular a height deviation being at most a few millimeters, in particular at most 5 mm, or at most 4 mm, or at most 3 mm, or at most 2 mm , or at most 1 mm, whereby an angular deviation is at most a few degrees, in particular at most 5°, or at most 4°, or at most 3°, or at most 2°, or at most 1°. In particular, the probing areas are selected so that, under these conditions, a contour section is arranged in each of the probing areas when the building platform is arranged in the manufacturing device.
Insbesondere sind die Antastbereiche an einander abgewandten Seiten, insbesondere an - insbesondere diametral - einander entgegengesetzten Enden der Bauplattform angeordnet. Auf diese Weise kann die Lage der Bauplattform besonders exakt bestimmt werden.In particular, the probing areas are arranged on sides facing away from one another, in particular on - in particular diametrically - opposite ends of the construction platform. In this way, the position of the construction platform can be determined particularly precisely.
Es ist möglich, dass der optische Arbeitsstrahl - insbesondere diametral - von einem ersten Antastbereich der Antastbereiche über die gesamte Bauplattform bis zu einem zweiten Antastbereiche der Antastbereiche verlagert wird. Alternativ ist es möglich, dass der optische Arbeitsstrahl nur jeweils in den Antastbereichen verlagert wird, wobei er quasi unstetig von einem Antastbereich zum nächsten Antastbereich springt. Dies bedeutet insbesondere, dass die Bauplattform zwischen den Antastbereichen nicht mit dem optischen Arbeitslager beaufschlagt wird.It is possible for the optical working beam to be displaced - in particular diametrically - from a first probing area of the probing areas across the entire construction platform to a second probing area of the probing areas. Alternatively, it is possible that the optical working beam is only shifted in the probing areas, whereby it jumps virtually discontinuously from one probing area to the next probing area. This means in particular that the construction platform between the probing areas is not subjected to the optical work bearing.
Unter einem additiven oder generativen Fertigen oder Herstellen eines Bauteils wird insbesondere ein Pulverbett-basiertes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils verstanden, insbesondere ein Fertigungsverfahren, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintern, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die Fertigungsvorrichtung ist demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten additiven oder generativen Fertigungsverfahren.Additive or generative manufacturing or manufacturing of a component is understood to mean, in particular, a powder bed-based method for producing a component, in particular a manufacturing method that is selected from a group consisting of selective laser sintering, laser metal fusion - LMF), a direct metal laser melting (DMLM), a laser net shaping manufacturing (LNSM), and a laser engineered net shaping (LENS). The manufacturing device is therefore in particular set up to carry out at least one of the aforementioned additive or generative manufacturing processes.
Unter einem optischen Arbeitsstrahl ist im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere gerichtete elektromagnetische Strahlung, kontinuierlich oder gepulst, zu verstehen, die insbesondere im Hinblick auf ihre Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich geeignet ist zum generativen Fertigen eines Bauteils aus Pulvermaterial, insbesondere zum Sintern oder Schmelzen des Pulvermaterials. Der optische Arbeitsstrahl ist insbesondere ein Laserstrahl. Insbesondere ist der optische Arbeitsstrahl als kontinuierlicher oder gepulster Laserstrahl ausgebildet. Der optische Arbeitsstrahl weist bevorzugt eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich im sichtbaren elektromagnetischen Spektrum oder im infraroten elektromagnetischen Spektrum, oder im Überlappungsbereich zwischen dem infraroten Bereich und dem sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums auf.In the context of the present technical teaching, an optical working beam is to be understood in particular as directed electromagnetic radiation, continuous or pulsed, which is suitable, in particular with regard to its wavelength or a wavelength range, for the generative manufacturing of a component from powder material, in particular for sintering or melting the powder material . The optical working beam is in particular a laser beam. In particular, the optical working beam is designed as a continuous or pulsed laser beam. The optical working beam preferably has a wavelength or a wavelength range in the visible electromagnetic spectrum or in the infrared electromagnetic spectrum, or in the overlap region between the infrared region and the visible region of the electromagnetic spectrum.
Unter remittiertem Licht wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere Licht verstanden, welches - insbesondere von der Arbeitsfläche der Bauplattform - reflektiert und/oder gestreut wird. Dabei wird unter „Reflexion“ hier im engeren Sinne gerichtete Reflexion verstanden, während unter „Streuung“ diffuse Reflexion, insbesondere gemäß dem Lambert'schen Gesetz, verstanden wird. Die Bauplattform weist eine typischerweise gefräste Oberfläche auf, die hinreichend rau ist, um insbesondere eine diffuse Reflexion des optischen Arbeitsstrahl zu bewirken. Hierzu bedarf es keiner eigens vorgesehenen Bearbeitung der Bauplattform. Es ist aber möglich, dass die Bauplattform insbesondere im Bereich ihrer Arbeitsfläche aufgeraut oder grob geschliffen ist, um die diffuse Reflektivität insbesondere für eine höhere Empfindlichkeit des hier vorgeschlagenen Verfahrens zu erhöhen.In the context of the present technical teaching, remitted light is understood to mean, in particular, light which is reflected and/or scattered - in particular by the work surface of the construction platform. Here, “reflection” in the narrower sense is understood to mean directed reflection, while “scattering” is understood to mean diffuse reflection, in particular according to Lambert's law. The construction platform typically has a milled surface that is sufficiently rough to cause, in particular, a diffuse reflection of the optical working beam. This does not require any special processing of the construction platform. However, it is possible for the construction platform to be roughened or roughly ground, particularly in the area of its working surface, in order to increase the diffuse reflectivity, in particular for a higher sensitivity of the method proposed here.
Insbesondere wird der Arbeitsstrahl im Bereich eines Spalts zwischen dem Kammerboden und der Bauplattform nicht oder zumindest kaum reflektiert, sodass die erfassten Signalwerte sprunghaft ansteigen, wenn der Arbeitsstrahl in einem Antastbereich ausgehend von dem Spalt auf einen Konturabschnitt der Bauplattform trifft, oder umgekehrt sprunghaft abfallen, wenn der Arbeitsstrahl in einem Antastbereich von einem Konturabschnitt der Bauplattform ausgehend in den Spalt gelangt. Es wird demnach insbesondere ein Kontrast zwischen der Reflektivität der Bauplattform und der Reflektivität im Bereich des Spalts erfasst.In particular, the working jet is not, or at least hardly, in the area of a gap between the chamber floor and the building platform reflected, so that the detected signal values increase suddenly when the working beam in a probing area, starting from the gap, hits a contour section of the build platform, or conversely, drop suddenly when the working beam enters the gap in a probing area starting from a contour section of the build platform. In particular, a contrast is recorded between the reflectivity of the construction platform and the reflectivity in the area of the gap.
Alternativ oder zusätzlich kann die Bauplattform eine Reflektivität aufweisen, die verschieden ist von einer Reflektivität des Kammerbodens der Fertigungsvorrichtung. Insbesondere ist es möglich, dass die Bauplattform eine höhere Rauheit aufweist als der Kammerboden, sodass im Bereich der Bauplattform mehr Licht remittiert wird als im Bereich des Kammerbodens. Insbesondere ist es möglich, dass der Kammerboden glatt geschliffen ist, während die Bauplattform aufgrund der Herstellung durch Fräsen vergleichsweise rau, oder grob poliert oder anderweitig eigens aufgeraut ist.Alternatively or additionally, the construction platform can have a reflectivity that is different from a reflectivity of the chamber floor of the manufacturing device. In particular, it is possible for the building platform to have a higher roughness than the chamber floor, so that more light is remitted in the area of the building platform than in the area of the chamber floor. In particular, it is possible for the chamber floor to be ground smooth, while the construction platform is comparatively rough, or roughly polished, or otherwise specially roughened due to the production by milling.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Signalwerte ortsabhängig erfasst werden. Vorteilhaft kann auf diese Weise direkt eine sehr genaue Information über die Lage der Bauplattform aus den gemessenen Signalwerten abgeleitet werden.According to a further development of the invention, it is provided that the signal values are recorded depending on the location. In this way, very precise information about the position of the construction platform can be derived directly from the measured signal values.
Insbesondere werden die Signalwerte in einer Ausführungsform abhängig von einer Funktionsstellung einer zum Verlagern des optischen Arbeitsstrahls eingerichteten Scannervorrichtung erfasst. Die jeweilige Funktionsstellung der Scannervorrichtung ist dabei - insbesondere über eine Kalibration - eindeutig einer jeweiligen Position in dem Arbeitsfeld zugeordnet. Insbesondere kann es sich bei der Funktionsstellung der Scannervorrichtung um eine Winkelposition eines zum Verlagern des optischen Arbeitsstrahls in dem Arbeitsfeld vorgesehenen Ablenkelements, insbesondere eines schwenkbaren Spiegels, handeln.In particular, in one embodiment, the signal values are recorded depending on a functional position of a scanner device set up to shift the optical working beam. The respective functional position of the scanner device is clearly assigned to a respective position in the working field - in particular via calibration. In particular, the functional position of the scanner device can be an angular position of a deflection element, in particular a pivotable mirror, provided for displacing the optical working beam in the working field.
Alternativ oder zusätzlich werden die Signalwerte zeitabhängig erfasst. Dies stellt eine besonders einfache und wenig rechenintensive Ausgestaltung des Verfahrens dar. Insbesondere bedarf es bei dieser Ausgestaltung nicht zwingend eines Rückgriffs auf eine Kalibrierung der Scannervorrichtung.Alternatively or additionally, the signal values are recorded as a function of time. This represents a particularly simple and less computationally intensive embodiment of the method. In particular, with this embodiment there is no mandatory need to resort to calibrating the scanner device.
Die Signalwerte werden insbesondere punktweise, insbesondere eindimensional, orts- und/oder zeitabhängig erfasst. Jedem Ort und/oder jedem Zeitpunkt der Verlagerung des optischen Arbeitsstrahls wird also bevorzugt genau ein Signalwert zugeordnet. Ein solcher Signalwert ist insbesondere ein Helligkeitswert.The signal values are recorded in particular point by point, in particular one-dimensionally, depending on location and/or time. Each location and/or each point in time of the displacement of the optical working beam is therefore preferably assigned exactly one signal value. Such a signal value is in particular a brightness value.
Die Signalwerte des remittierten Lichts werden insbesondere durch eine Detektionsvorrichtung, insbesondere eine Fotodiode erfasst. Dies stellt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, die optischen Signalwerte zu erfassen. Als Fotodiode wird insbesondere eine Silizium-Fotodiode verwendet. Es ist möglich, dass die Fotodiode empfindlich ist im sichtbaren und/oder infraroten Spektralbereich. Insbesondere ist die Empfindlichkeit der Fotodiode abgestimmt auf den Wellenlängenbereich des optischen Arbeitsstrahls. In einer Ausführungsform kann eine Infrarot-Fotodiode oder eine Pyrometer-Diode verwendet werden.The signal values of the remitted light are detected in particular by a detection device, in particular a photodiode. This represents a simple and cost-effective way to record the optical signal values. In particular, a silicon photodiode is used as the photodiode. It is possible that the photodiode is sensitive in the visible and/or infrared spectral range. In particular, the sensitivity of the photodiode is tailored to the wavelength range of the optical working beam. In one embodiment, an infrared photodiode or a pyrometer diode may be used.
Die Signalwerte werden insbesondere ortsaufgelöst erfasst, indem ein Ausgangssignal der Fotodiode zeitabhängig einer momentanen Funktionsstellung der Scannervorrichtung zugeordnet wird. Die Erfassung der Signalwerte, hier also des Ausgangssignals der Fotodiode, und die Verlagerung des optischen Arbeitsstrahls durch entsprechende Steuerung der Scannervorrichtung erfolgt somit insbesondere synchron, sodass jedem Signalwert eine Funktionsstellung der Scannervorrichtung und damit zugleich ein Ort in dem Arbeitsfeld zugeordnet werden kann. Die Funktionsstellung der Scannervorrichtung ist - wie bereits ausgeführt - insbesondere eine Position von wenigstens einem Ablenkelement, insbesondere einem beweglichen Spiegel der Scannervorrichtung, insbesondere einem galvanometrischen Spiegel, die ihrerseits wiederum einem Ort in dem Arbeitsfeld zugeordnet ist, auf den der optische Arbeitsstrahl gerichtet ist. Die ortsaufgelöste Erfassung der Signalwerte erfolgt somit unmittelbar im Koordinatensystem der Scannervorrichtung.The signal values are in particular recorded in a spatially resolved manner by assigning an output signal of the photodiode to a current functional position of the scanner device as a function of time. The detection of the signal values, here the output signal of the photodiode, and the displacement of the optical working beam by appropriate control of the scanner device are carried out in particular synchronously, so that each signal value can be assigned a functional position of the scanner device and thus at the same time a location in the working field. The functional position of the scanner device is - as already stated - in particular a position of at least one deflection element, in particular a movable mirror of the scanner device, in particular a galvanometric mirror, which in turn is assigned to a location in the working field to which the optical working beam is directed. The spatially resolved detection of the signal values thus takes place directly in the coordinate system of the scanner device.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass - als die Signalwerte - Signalwerte von entlang einer optischen Achse des optischen Arbeitsstrahls aus den Antastbereichen remittiertem Licht erfasst werden. Das remittierte Licht des optischen Arbeitsstrahls wird insbesondere entlang der optischen Achse des optischen Arbeitsstrahls erfasst, indem die Detektionsvorrichtung, die eingerichtet ist zur Erfassung des remittierten Lichts, auf der optischen Achse angeordnet ist.According to a further development of the invention, it is provided that - as the signal values - signal values of light remitted from the scanning areas along an optical axis of the optical working beam are detected. The remitted light of the optical working beam is detected in particular along the optical axis of the optical working beam by arranging the detection device, which is set up to detect the remitted light, on the optical axis.
Vorzugsweise weist hierzu eine Strahlvorrichtung, die eingerichtet ist zum Erzeugen des optischen Arbeitsstrahls, einen Umlenkspiegel auf, über den der optische Arbeitsstrahl umgelenkt wird, wobei die Reflektivität des Umlenkspiegels kleiner ist als 100 %, sodass ein Anteil des entlang der optischen Achse remittierten Lichts durch den Umlenkspiegel hindurchtritt und auf die hinter dem Umlenkspiegel angeordnete Detektionsvorrichtung fällt. Alternativ ist es auch möglich, dass der optische Arbeitsstrahl durch den Umlenkspiegel hindurchgeschickt wird, wobei dieser dann eine Transmissivität von weniger als 100 % aufweist, wobei in diesem Fall die Detektionsvorrichtung derart angeordnet ist, dass das remittierte Licht durch den Umlenkspiegel teilweise umgelenkt und zu der Detektionsvorrichtung geleitet wird.For this purpose, a beam device which is set up to generate the optical working beam preferably has a deflecting mirror via which the optical working beam is deflected, the reflectivity of the deflecting mirror being less than 100%, so that a proportion of the light remitted along the optical axis is reflected by the Deflecting mirror passes through and falls onto the detection device arranged behind the deflecting mirror. Alternatively, it is also possible for the optical working beam to be sent through the deflection mirror, which then has a transmissivity of less than 100%, in which case the detection device is arranged such that the remitted light is partially deflected by the deflection mirror and directed to the detection device.
Weiter ist es auch bevorzugt möglich, dass der optische Arbeitsstrahl durch eine Öffnung eines Umlenkspiegels hindurchtritt, wobei remittiertes Licht von der die Öffnung umgebenden Oberfläche des Umlenkspiegels zumindest teilweise umgelenkt und zu der Detektionsvorrichtung geleitet wird. Insbesondere kann ein sogenannter Scraper-Spiegel verwendet werden.Furthermore, it is also preferably possible for the optical working beam to pass through an opening of a deflection mirror, with remitted light being at least partially deflected by the surface of the deflection mirror surrounding the opening and directed to the detection device. In particular, a so-called scraper mirror can be used.
Ist der Umlenkspiegel eingerichtet zur Umlenkung des optischen Arbeitsstrahls und zur Transmission des remittierten Lichts, weist er bevorzugt eine Reflektivität von mindestens 99 % bis höchstens 99,98 % auf. Ist der Umlenkspiegel eingerichtet zur Transmission des optischen Arbeitsstrahls und zur Reflexion des remittierten Lichts, weist er bevorzugt eine Transmissivität von mindestens 99 % bis höchstens 99,98 % auf.If the deflection mirror is set up to deflect the optical working beam and to transmit the remitted light, it preferably has a reflectivity of at least 99% to at most 99.98%. If the deflection mirror is set up to transmit the optical working beam and to reflect the remitted light, it preferably has a transmissivity of at least 99% to at most 99.98%.
Alternativ ist es auch möglich, anstelle des Umlenkspiegels einen Polarisationsstrahlteiler zu verwenden, wobei der optische Arbeitsstrahl in diesem Fall bevorzugt linear polarisiert ist. Durch die Remission, insbesondere Streuung, wird die Polarisation zumindest teilweise zerstört, wobei dann die zum einfallenden Arbeitsstrahl senkrechte Polarisationsrichtung nur das remittierte Signal enthält. Der Polarisationsstrahlteiler reflektiert somit bevorzugt das mit einer bestimmten Polarisationsrichtung linear polarisierte, einfallende Licht des optischen Arbeitsstrahls und transmittiert die zu der bestimmten Polarisationsrichtung senkrechte Polarisationsrichtung - oder umgekehrt.Alternatively, it is also possible to use a polarization beam splitter instead of the deflection mirror, in which case the optical working beam is preferably linearly polarized. The polarization is at least partially destroyed by the remission, in particular scattering, in which case the polarization direction perpendicular to the incident working beam only contains the remitted signal. The polarization beam splitter thus preferably reflects the incident light of the optical working beam that is linearly polarized with a specific polarization direction and transmits the polarization direction perpendicular to the specific polarization direction - or vice versa.
In einer Ausführungsform wird das remittierte Licht des optischen Arbeitsstrahls von einer separaten Detektionsvorrichtung erfasst. Insbesondere ist in diesem Fall jeder Strahlvorrichtung oder jedem optischen Arbeitsstrahl eine separate Detektionsvorrichtung zugeordnet, sodass stets eindeutig festgestellt werden kann, von welchem Ort in dem Arbeitsfeld remittiertes Licht von welchem optischen Arbeitsstrahl detektiert wird. Es ist aber auch möglich, dass remittiertes Licht eines ersten optischen Arbeitsstrahls auf der optischen Achse des ersten Arbeitsstrahls detektiert wird, wobei remittiertes Licht eines zweiten optischen Arbeitsstrahl von einer separaten, dem zweiten optischen Arbeitsstrahl zugeordneten Detektionsvorrichtung detektiert wird. Ist einem optischen Arbeitsstrahl eine separate Detektionsvorrichtung zugeordnet, werden insbesondere einerseits ein Ablenkelement zur Verlagerung des optischen Arbeitsstrahls und andererseits ein Ablenkelement der separaten Detektionsvorrichtung synchron angesteuert, damit durch die Detektionsvorrichtung zu jedem Zeitpunkt remittiertes Licht von genau dem Ort erfasst werden kann, auf welchen der zugeordnete optische Arbeitsstrahl momentan ausgerichtet ist.In one embodiment, the remitted light of the optical working beam is detected by a separate detection device. In particular, in this case, each beam device or each optical working beam is assigned a separate detection device, so that it can always be clearly determined from which location in the working field remitted light is detected by which optical working beam. However, it is also possible for remitted light of a first optical working beam to be detected on the optical axis of the first working beam, with remitted light of a second optical working beam being detected by a separate detection device assigned to the second optical working beam. If a separate detection device is assigned to an optical working beam, in particular, on the one hand, a deflection element for displacing the optical working beam and, on the other hand, a deflection element of the separate detection device are controlled synchronously, so that remitted light can be detected by the detection device at any time from exactly the location at which the assigned one optical working beam is currently aligned.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass anhand der erfassten Signalwerte eine Lage der Konturabschnitte der Bauplattform in den Antastbereichen erkannt wird, wobei die Lage der Bauplattform bezüglich der mindestens einen Koordinate aus der erkannten Lage der Konturabschnitte in den Antastbereichen abgeleitet wird. Vorteilhaft kann auf diese Weise direkt eine sehr genaue Information über die Lage der Bauplattform abgeleitet werden. Insbesondere kann die Lage der Konturabschnitte anhand der erfassten Signalwerte erkannt werden, wenn die Signalwerte ortsabhängig erfasst werden, oder wenn zeitabhängig erfasste Signalwerte in ortsabhängige Signalwerte transformiert oder umgerechnet werden.According to a further development of the invention, it is provided that a position of the contour sections of the building platform in the probing areas is recognized based on the detected signal values, the position of the building platform with respect to the at least one coordinate being derived from the recognized position of the contour sections in the probing areas. In this way, very precise information about the position of the construction platform can advantageously be derived directly. In particular, the position of the contour sections can be recognized based on the detected signal values if the signal values are detected as a function of location, or if signal values detected as a function of time are transformed or converted into location-dependent signal values.
Alternativ oder zusätzlich wird aus den erfassten Signalwerten eine scheinbare geometrische Eigenschaft der Bauplattform bestimmt, wobei die Lage der Bauplattform bezüglich der mindestens einen Koordinate aus der scheinbaren geometrischen Eigenschaft der Bauplattform abgeleitet wird. Dies stellt eine besonders einfache und wenig rechenintensive Ausgestaltung dar.Alternatively or additionally, an apparent geometric property of the construction platform is determined from the recorded signal values, the position of the construction platform with respect to the at least one coordinate being derived from the apparent geometric property of the construction platform. This represents a particularly simple and less computationally intensive design.
In einer Ausführungsform wird als die scheinbare geometrische Eigenschaft ein scheinbarer Durchmesser der Bauplattform bestimmt. Insbesondere wenn der optische Arbeitsstrahl von einem ersten Antastbereich kontinuierlich - insbesondere diametral - über die gesamte Bauplattform bis zu einem zweiten Antastbereich verlagert wird, kann aus den zeitabhängig erfassten Signalwerten unter Berücksichtigung einer bekannten - im einfachsten Fall konstanten - Verlagerungsgeschwindigkeit des optischen Arbeitsstrahl ein scheinbarer Durchmesser der Bauplattform bestimmt werden. Dabei steigt nämlich bei Erreichen eines ersten Konturabschnitts in dem ersten Antastbereich ein Pegel der erfassten Signalwerte insbesondere unstetig oder sprunghaft an, während der Pegel bei Erreichen eines zweiten Konturabschnitts in dem zweiten Antastbereich insbesondere unstetig oder sprunghaft abfällt. Aus der zeitlichen Differenz zwischen dem unstetigen Anstieg und dem unstetigen Abfall des Pegels kann unter Berücksichtigung der Verlagerungsgeschwindigkeit des optischen Arbeitsstrahls der scheinbare Durchmesser bestimmt werden.In one embodiment, an apparent diameter of the construction platform is determined as the apparent geometric property. In particular, if the optical working beam is shifted continuously - in particular diametrically - over the entire construction platform to a second scanning area from a first scanning area, an apparent diameter can be obtained from the time-dependent signal values, taking into account a known - in the simplest case, constant - displacement speed of the optical working beam Construction platform can be determined. In this case, when a first contour section is reached in the first probing area, a level of the detected signal values increases, in particular discontinuously or abruptly, while the level drops, in particular discontinuously or abruptly, when a second contour section is reached in the second probing area. The apparent diameter can be determined from the time difference between the unsteady rise and the unsteady fall of the level, taking into account the displacement speed of the optical working beam.
Insbesondere wird die Lage der Bauplattform bezüglich der mindestens einen Koordinate anhand eines Vergleichs der scheinbaren geometrischen Eigenschaft mit einer zugeordneten bekannten geometrischen Eigenschaft der Bauplattform abgeleitet. Insbesondere wird als die bekannte geometrische Eigenschaft der Bauplattform ein tatsächlicher Durchmesser der Bauplattform verwendet.In particular, the position of the construction platform with respect to the at least one coordinate is derived based on a comparison of the apparent geometric property with an associated known geometric property of the construction platform. In particular, an actual diameter of the construction platform is used as the known geometric property of the construction platform.
Indem der scheinbare Durchmesser mit dem tatsächlichen Durchmesser verglichen wird, kann auf die Lage der Bauplattform rückgeschlossen werden. Dabei ist insbesondere der scheinbare Durchmesser kleiner als der tatsächliche Durchmesser, wenn die Bauplattform relativ zu der Bauebene zu tief und damit weiter von der Scannervorrichtung entfernt oder verkippt angeordnet ist, während der scheinbare Durchmesser größer als der tatsächliche Durchmesser ist, wenn die Bauplattform relativ zu der Bauebene zu hoch und damit näher an der Scannervorrichtung angeordnet ist.By comparing the apparent diameter with the actual diameter, conclusions can be drawn about the position of the construction platform. In particular, the apparent diameter is smaller than the actual diameter if the build platform is too deep relative to the build plane and is therefore further away from the scanner device or is tilted, while the apparent diameter is larger than the actual diameter if the build platform is positioned relative to the Construction level is too high and therefore closer to the scanner device.
Insbesondere wenn die Verkippung der Bauplattform separat bestimmt wird, insbesondere auf eine im Folgenden noch näher erläuterte Weise, kann aus dem Vergleich des scheinbaren Durchmessers mit dem tatsächlichen Durchmesser unter Berücksichtigung der Verkippung auf die genaue Höhenlage Bauplattform geschlossen werden.In particular, if the tilting of the construction platform is determined separately, in particular in a manner explained in more detail below, the exact height of the construction platform can be determined from the comparison of the apparent diameter with the actual diameter, taking the tilting into account.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl an optischen Arbeitsstrahlen über zumindest einen Antastbereich der mindestens zwei Antastbereiche verlagert wird, wobei für jeden Arbeitsstrahl der Mehrzahl an Arbeitsstrahlen Signalwerte von aus dem zumindest einen Antastbereich remittiertem Licht erfasst werden, und wobei die Lage der Bauplattform bezüglich der mindestens einen Koordinate aus den den Arbeitsstrahlen jeweils zugeordneten Signalwerten abgeleitet wird. Auf diese Weise können besonders exakte Informationen über die Lage der Bauplattform, sowohl bezüglich der Höhenkoordinate als auch bezüglich der mindestens einen Winkelkoordinate gewonnen werden.According to a further development of the invention, it is provided that a plurality of optical working beams are displaced over at least one scanning area of the at least two scanning areas, with signal values of light remitted from the at least one scanning area being recorded for each working beam of the plurality of working beams, and the position of the Construction platform is derived with respect to the at least one coordinate from the signal values assigned to the working beams. In this way, particularly precise information about the position of the construction platform can be obtained, both with regard to the height coordinate and with regard to the at least one angular coordinate.
Insbesondere werden die optischen Arbeitsstrahlen synchron verlagert. Darunter, dass die optischen Arbeitsstrahlen synchron verlagert werden, wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass die optischen Arbeitsstrahlen zu jedem Zeitpunkt der Verlagerung auf einen jeweiligen gemeinsamen Punkt in der Soll-Ebene für die Anordnung der Arbeitsfläche der Bauebene ausgerichtet sind, wobei der gemeinsame Punkt in dem Arbeitsfeld verlagert wird. Die Soll-Ebene ist dabei parallel zu der Bauebene orientiert und insbesondere um die vorbestimmte Auftrags-Schichtdicke für das Pulvermaterial zu der Bauebene nach unten versetzt angeordnet. Ist die Arbeitsfläche der Bauplattform in der Soll-Ebene und parallel zu dieser angeordnet, treffen sich die optischen Arbeitsstrahlen zu jedem Zeitpunkt ihrer Verlagerung in einem Punkt auf der Arbeitsfläche, und das remittierte Licht der optischen Arbeitsstrahlen kommt zu jedem Zeitpunkt von dem jeweils selben gemeinsamen Punkt und wird damit auch synchron detektiert.In particular, the optical working beams are shifted synchronously. In the context of the present technical teaching, the fact that the optical working beams are displaced synchronously is understood in particular to mean that the optical working beams are aligned with a respective common point in the target plane for the arrangement of the working surface of the construction level at each time of the displacement, whereby the common point in the work area is relocated. The target plane is oriented parallel to the construction level and in particular is arranged offset downwards from the construction level by the predetermined application layer thickness for the powder material. If the work surface of the construction platform is arranged in the target plane and parallel to it, the optical working beams meet at a point on the work surface at every point in time during their displacement, and the remitted light from the optical working beams comes from the same common point at every point in time and is therefore also detected synchronously.
Ist die Arbeitsfläche der Bauplattform oberhalb oder unterhalb der Soll-Ebene angeordnet, treffen sich die optischen Arbeitsstrahlen nicht mehr in einem gemeinsamen Punkt, und das remittierte Licht wird zu jedem Zeitpunkt der Verlagerung von verschiedenen Punkten auf der Arbeitsfläche abgestrahlt, wobei den verschiedenen optischen Arbeitsstrahlen zugeordnetes remittiertes Licht zumindest im Bereich der Konturabschnitte auch nicht synchron detektiert wird.If the work surface of the construction platform is arranged above or below the target level, the optical working beams no longer meet at a common point, and the remitted light is emitted from different points on the work surface at each point in time of the displacement, with the different optical working beams being assigned remitted light is also not detected synchronously, at least in the area of the contour sections.
Die optischen Arbeitsstrahlen werden insbesondere aus verschiedenen Richtungen auf die Bauplattform abgestrahlt, sie fallen also insbesondere unter verschiedenen Winkeln auf die Arbeitsfläche. Insbesondere sind die den verschiedenen optischen Arbeitsstrahlen zugeordneten Scannervorrichtungen an verschiedenen Orten angeordnet.The optical working beams are emitted onto the construction platform from different directions, i.e. they fall onto the work surface at different angles. In particular, the scanner devices assigned to the different optical working beams are arranged at different locations.
Ist die Bauplattform verkippt angeordnet, ändern sich die Positionen der optischen Arbeitsstrahlen auf der Arbeitsfläche relativ zueinander während der Verlagerung über die Arbeitsfläche. Dies gilt ganz besonders dann, wenn die Bauplattform derart verkippt angeordnet ist, dass der erste Antastbereich unterhalb der Soll-Ebene und der zweite Antastbereich oberhalb der Soll-Ebene - oder umgekehrt - angeordnet ist.If the construction platform is tilted, the positions of the optical working beams on the work surface change relative to one another as they move across the work surface. This is particularly true if the construction platform is tilted in such a way that the first probing area is arranged below the target plane and the second probing area is arranged above the target plane - or vice versa.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lage der Bauplattform bezüglich der mindestens einen Koordinate aus einem örtlichen und/oder zeitlichen Versatz zwischen Signalwerten, die verschiedenen Arbeitsstrahlen der Mehrzahl an Arbeitsstrahlen zugeordnet sind, abgeleitet wird. Aufgrund der zuvor erläuterten Zusammenhänge bezüglich der Anordnung der optischen Arbeitsstrahlen auf der Arbeitsfläche kann aus dem örtlichen und/oder zeitlichen Versatz zwischen verschiedenen Arbeitsstrahlen zugeordneten Signalwerten auf die Lage der Bauplattform geschlossen werden.According to a further development of the invention, it is provided that the position of the construction platform with respect to the at least one coordinate is derived from a local and/or temporal offset between signal values that are assigned to different working beams of the plurality of working beams. Due to the previously explained relationships regarding the arrangement of the optical working beams on the work surface, the position of the construction platform can be deduced from the local and/or temporal offset between signal values assigned to different working beams.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Lage der Bauplattform bezüglich der mindestens einen Koordinate aus einem Unterschied in dem örtlichen und/oder zeitlichen Versatz der verschiedenen Arbeitsstrahlen zugeordneten Signalwerte zwischen den mindestens zwei Antastbereichen abgeleitet wird. Dabei wird die Mehrzahl an Arbeitsstrahlen über die mindestens zwei Antastbereiche verlagert. Insbesondere wird jeder der Arbeitsstrahlen, für die in der hier beschriebenen Ausführungsform Signalwerte verarbeitet werden, über die mindestens zwei Antastbereiche, das heißt insbesondere über alle hier betrachteten Antastbereiche verlagert, insbesondere von einem ersten Antastbereich - insbesondere diametral - über die gesamte Bauplattform bis zu einem zweiten Antastbereich. Wiederum kann aufgrund der zuvor erläuterten Zusammenhänge bezüglich der Anordnung der optischen Arbeitsstrahlen auf der Arbeitsfläche aus dem Unterschied in dem örtlichen und/oder zeitlichen Versatz der verschiedenen Arbeitsstrahlen zugeordneten Signalwerte auf die Lage der Bauplattform geschlossen werden.Alternatively or additionally, it is provided that the position of the construction platform with respect to the at least one coordinate is derived from a difference in the local and/or temporal offset of the signal values assigned to the various working beams between the at least two probing areas. The majority of working beams are shifted over the at least two scanning areas. In particular, each of the working beams for which signal values are processed in the embodiment described here is shifted over the at least two scanning areas, that is to say in particular over all scanning areas considered here, in particular from a first one Probing area - in particular diametrically - over the entire construction platform up to a second probing area. Again, based on the previously explained relationships regarding the arrangement of the optical working beams on the work surface, the position of the construction platform can be deduced from the difference in the local and/or temporal offset of the different working beams.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lage der Bauplattform bezüglich der mindestens einen Koordinate aus sprunghaften Veränderungen der erfassten Signalwerte abgeleitet wird. Wie bereits ausgeführt, ergibt sich insbesondere bei Erreichen eines Konturabschnitts in einem Antastbereich eine sprunghafte, insbesondere unstetige Veränderung der erfassten Signalwerte, wobei hieraus auf die Lage der Bauplattform rückgeschlossen werden kann.According to a further development of the invention, it is provided that the position of the construction platform with respect to the at least one coordinate is derived from sudden changes in the detected signal values. As already stated, there is a sudden, in particular discontinuous change in the detected signal values, particularly when a contour section is reached in a probing area, from which conclusions can be drawn about the position of the construction platform.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fertigungsvorrichtung kalibriert wird, indem eine erwartete Lage der Bauplattform bezüglich der mindestens einen Koordinate anhand der abgeleiteten Lage der Bauplattform korrigiert wird. Vorteilhaft kann in diesem Fall die Kalibration rein rechnerisch erfolgen, und es bedarf nicht zwingend einer tatsächlichen Korrektur der Lage der Bauplattform.According to a further development of the invention, it is provided that the manufacturing device is calibrated by correcting an expected position of the building platform with respect to the at least one coordinate based on the derived position of the building platform. In this case, the calibration can advantageously be carried out purely mathematically, and an actual correction of the position of the construction platform is not necessarily required.
Alternativ oder zusätzlich wird eine Anweisung an einen Bediener der Fertigungsvorrichtung ausgegeben, die Lage der Bauplattform zu korrigieren. Die Anweisung umfasst insbesondere Informationen darüber, wie die Lage der Bauplattform zu korrigieren ist. Der Bediener kann die Lage der Bauplattform dann manuell korrigieren.Alternatively or additionally, an instruction is issued to an operator of the manufacturing device to correct the position of the construction platform. The instructions particularly include information on how to correct the position of the construction platform. The operator can then manually correct the position of the build platform.
Alternativ wird die Fertigungsvorrichtung kalibriert, indem eine tatsächliche Lage der Bauplattform in der Fertigungsvorrichtung anhand der abgeleiteten Lage, insbesondere anhand einer Abweichung der abgeleiteten Lage von der erwarteten Lage, korrigiert wird. Vorteilhaft erfolgt in diesem Fall eine tatsächliche Korrektur der Lage der Bauplattform. In einer Ausführungsform wird die Lage der Bauplattform manuell korrigiert. In einer anderen Ausführungsform wird die Lage der Bauplattform automatisch korrigiert.Alternatively, the manufacturing device is calibrated by correcting an actual position of the construction platform in the manufacturing device based on the derived position, in particular based on a deviation of the derived position from the expected position. In this case, the position of the construction platform is advantageously corrected. In one embodiment, the position of the building platform is corrected manually. In another embodiment, the position of the construction platform is automatically corrected.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lage der Bauplattform bezüglich einer Höhenkoordinate und/oder einer Winkelkoordinate als der mindestens einen Koordinate abgeleitet wird. Die mindestens eine Koordinate ist also insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Höhenkoordinate, einer Winkelkoordinate, und einer Kombination aus einer Höhenkoordinate und einer Winkelkoordinate.According to a further development of the invention, it is provided that the position of the construction platform is derived with respect to a height coordinate and/or an angular coordinate as the at least one coordinate. The at least one coordinate is therefore in particular selected from a group consisting of a height coordinate, an angular coordinate, and a combination of a height coordinate and an angular coordinate.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, die eine Strahlvorrichtung aufweist, wobei die Strahlvorrichtung eingerichtet ist zum Erzeugen eines optischen Arbeitsstrahls, um ein Bauteil mittels des optischen Arbeitsstrahls generativ aus einem Pulvermaterial zu fertigen. Die Fertigungsvorrichtung weist außerdem eine bezüglich mindestens einer Koordinate verstellbare, in einem Arbeitsfeld der Fertigungsvorrichtung anordenbare Bauplattform auf, die eingerichtet ist, um ein Bauteil generativ aus dem Pulvermaterial auf der Bauplattform zu fertigen, außerdem eine Scannervorrichtung, die eingerichtet ist zum Verlagern des optischen Arbeitsstrahls in dem Arbeitsfeld, eine Detektionsvorrichtung, die eingerichtet ist zum Erfassen von remittiertem Licht des optischen Arbeitsstrahls, und schließlich eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung zum Verlagern des optischen Arbeitsstrahls anzusteuern, um Signalwerte der Detektionsvorrichtung während des Verlagerns des optischen Arbeitsstrahls - insbesondere orts- und/oder zeitabhängig - zu erfassen, und um eine Lage der Bauplattform bezüglich der mindestens einen Koordinate aus den erfassten Signalwerten abzuleiten. In Zusammenhang mit der Fertigungsvorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.The object is also achieved by creating a manufacturing device for the generative manufacturing of a component from a powder material, which has a blasting device, the blasting device being set up to generate an optical working beam in order to produce a component generatively from a powder material by means of the optical working beam. The manufacturing device also has a construction platform that can be adjusted with respect to at least one coordinate and can be arranged in a working field of the manufacturing device, which is set up to produce a component generatively from the powder material on the construction platform, and also a scanner device that is set up to relocate the optical working beam the working field, a detection device which is set up to detect remitted light of the optical working beam, and finally a control device which is set up to control the scanner device for moving the optical working beam in order to obtain signal values of the detection device during the displacement of the optical working beam - in particular locally - and / or time-dependent - and to derive a position of the construction platform with respect to the at least one coordinate from the recorded signal values. In connection with the manufacturing device, there are in particular the advantages that have already been explained previously in connection with the method.
In einer Ausführungsform weist die Fertigungsvorrichtung eine Mehrzahl an Strahlvorrichtungen zur Erzeugung einer Mehrzahl optischer Arbeitsstrahlen auf, oder die Strahlvorrichtung ist eingerichtet, um eine Mehrzahl optischer Arbeitsstrahlen zu erzeugen.In one embodiment, the manufacturing device has a plurality of beam devices for generating a plurality of optical working beams, or the beam device is set up to generate a plurality of optical working beams.
Die Scannervorrichtung weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsfeld verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf.The scanner device preferably has at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a working head or processing head that can be displaced relative to the working field.
Unter einem relativ zu dem Arbeitsfeld verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf wird hier insbesondere ein integriertes Bauteil der Fertigungsvorrichtung verstanden, welches mindestens einen Strahlungsauslass für mindestens einen optischen Arbeitsstrahl aufweist, wobei das integrierte Bauteil, das heißt der Arbeitskopf, als Ganzes entlang zumindest einer Verlagerungsrichtung, vorzugsweise entlang zweier senkrecht aufeinander stehenden Verlagerungsrichtungen, relativ zu dem Arbeitsfeld verlagerbar ist. Ein solcher Arbeitskopf kann insbesondere in Portalbauweise ausgebildet sein oder von einem Roboter geführt werden. Insbesondere kann der Arbeitskopf als Roboterhand eines Roboters ausgebildet sein.A working head or processing head that can be displaced relative to the working field is understood here in particular to mean an integrated component of the manufacturing device, which has at least one radiation outlet for at least one optical working beam, the integrated component, that is to say the working head, as a whole along at least one direction of displacement, preferably along two perpendicular displacement directions, can be displaced relative to the working field. Such a working head can in particular be designed in a portal design or be guided by a robot. In particular, the working head can be designed as a robot hand of a robot.
Die Scannervorrichtung, insbesondere ein Ablenkelement der Scannervorrichtung, ist insbesondere mit Bezug auf das Arbeitsfeld, insbesondere mit Bezug auf eine korrekte Einbaulage der Bauplattform, außermittig angeordnet. Weist die Fertigungsvorrichtung eine Mehrzahl an Scannervorrichtungen, insbesondere eine Mehrzahl an verschiedenen optischen Arbeitsstrahlen zugeordneten Ablenkelementen auf, sind insbesondere alle Ablenkelemente jeweils außermittig angeordnet. Die Scannervorrichtungen der Mehrzahl von Scannervorrichtungen, insbesondere die Ablenkelemente der Mehrzahl an Ablenkelementen, sind nicht auf einer gemeinsamen Geraden parallel zu der Bauebene angeordnet, insbesondere sind sie auf keiner gemeinsamen Geraden angeordnet.The scanner device, in particular a deflection element of the scanner device, is arranged off-center, in particular with respect to the working field, in particular with respect to a correct installation position of the construction platform. If the manufacturing device has a plurality of scanner devices, in particular a plurality of deflection elements assigned to different optical working beams, in particular all deflection elements are each arranged off-center. The scanner devices of the plurality of scanner devices, in particular the deflection elements of the plurality of deflection elements, are not arranged on a common straight line parallel to the construction plane, in particular they are not arranged on any common straight line.
In einer Ausführungsform, in der die Fertigungsvorrichtung über eine Mehrzahl an optischen Arbeitsstrahlen verfügt, ist bevorzugt jedem optischen Arbeitsstrahl eine Scannervorrichtung zugeordnet. Insbesondere weist also die Fertigungsvorrichtung eine Mehrzahl an Scannervorrichtungen zur Verlagerung einer Mehrzahl an optischen Arbeitsstrahlen auf.In an embodiment in which the manufacturing device has a plurality of optical working beams, a scanner device is preferably assigned to each optical working beam. In particular, the manufacturing device has a plurality of scanner devices for displacing a plurality of optical working beams.
Die Fertigungsvorrichtung ist insbesondere eingerichtet zum selektiven Lasersintern. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungsvorrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen.The manufacturing device is in particular set up for selective laser sintering. Alternatively or additionally, the manufacturing device is set up for selective laser melting.
Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden.A metallic or ceramic powder in particular can preferably be used as the powder material.
Die Strahlvorrichtung ist insbesondere als Laser ausgebildet. Der Energiestrahl wird somit vorteilhaft als intensiver Strahl kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt.The beam device is designed in particular as a laser. The energy beam is thus advantageously generated as an intensive beam of coherent electromagnetic radiation, in particular coherent light.
Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung eine RTC5- oder RTC6-Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung.The control device is preferably selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board. In a preferred embodiment, the control device is an RTC5 or RTC6 control card from SCANLAB GmbH, in particular in the embodiment currently available on the date determining the seniority of the present property right.
Die Detektionsvorrichtung weist insbesondere eine Fotodiode auf oder ist als Fotodiode ausgebildet.The detection device in particular has a photodiode or is designed as a photodiode.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung eingerichtet, um ein erfindungsgemäßes Verfahren oder ein Verfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen.According to a further development of the invention, it is provided that the control device is set up to carry out a method according to the invention or a method according to one or more of the previously described embodiments.
Insbesondere ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um eine erwartete Lage der Bauplattform bezüglich der mindestens einen Koordinate anhand der abgeleiteten Lage der Bauplattform - insbesondere rein rechnerisch - zu korrigieren. Vorteilhaft kann in diesem Fall die Kalibration rein rechnerisch erfolgen, und es bedarf nicht zwingend einer tatsächlichen Korrektur der Lage der Bauplattform. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um eine Anweisung an einen Bediener der Fertigungsvorrichtung auszugeben, die Lage der Bauplattform zu korrigieren, wobei die Anweisung insbesondere Informationen umfasst, wie die Lage der Bauplattform zu korrigieren ist. Der Bediener kann die Lage der Bauplattform dann manuell korrigieren.In particular, the control device is set up to correct an expected position of the construction platform with respect to the at least one coordinate based on the derived position of the construction platform - in particular purely mathematically. In this case, the calibration can advantageously be carried out purely mathematically, and an actual correction of the position of the construction platform is not necessarily required. Alternatively or additionally, the control device is set up to issue an instruction to an operator of the manufacturing device to correct the position of the construction platform, the instruction in particular comprising information on how the position of the construction platform is to be corrected. The operator can then manually correct the position of the build platform.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fertigungsvorrichtung eine Verstellvorrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um die Bauplattform bezüglich der mindestens einen Koordinate zu verstellen, wobei die Steuervorrichtung mit der Verstellvorrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Verstellvorrichtung anzusteuern. Insbesondere ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um eine tatsächliche Lage der Bauplattform in der Fertigungsvorrichtung anhand der abgeleiteten Lage, insbesondere anhand einer Abweichung der abgeleiteten Lage von der erwarteten Lage, zu korrigieren, insbesondere durch geeignete Ansteuerung der Verstellvorrichtung.According to a further development of the invention, it is provided that the manufacturing device has an adjusting device which is set up to adjust the construction platform with respect to the at least one coordinate, the control device being operatively connected to the adjusting device and set up to control the adjusting device. In particular, the control device is set up to correct an actual position of the construction platform in the manufacturing device based on the derived position, in particular based on a deviation of the derived position from the expected position, in particular by suitable control of the adjusting device.
Insbesondere ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um die Verstellvorrichtung direkt in Abhängigkeit der erfassten Signalwerte oder in Abhängigkeit von der aus den erfassten Signalwerten abgeleiteten Lage der Bauplattform anzusteuern. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuervorrichtung insbesondere eingerichtet, um die Verstellvorrichtung in Abhängigkeit der abgeleiteten Lage, insbesondere in Abhängigkeit der Abweichung der abgeleiteten Lage von der erwarteten Lage, anzusteuern, um die tatsächliche Lage der Bauplattform in der Fertigungsvorrichtung - insbesondere automatisch - zu korrigieren.In particular, the control device is set up to control the adjustment device directly depending on the detected signal values or depending on the position of the construction platform derived from the detected signal values. Alternatively or additionally, the control device is in particular set up to control the adjustment device depending on the derived position, in particular depending on the deviation of the derived position from the expected position, in order to correct the actual position of the construction platform in the manufacturing device - in particular automatically.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Detektionsvorrichtung eingerichtet ist zum Erfassen von entlang einer optischen Achse des optischen Arbeitsstrahls remittiertem Licht des optischen Arbeitsstrahls.According to a further development of the invention, it is provided that the detection device is set up to detect light of the optical working beam remitted along an optical axis of the optical working beam.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Detektionsvorrichtung auf einer optischen Achse des optischen Arbeitsstrahls angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass zumindest einem optischen Arbeitsstrahlen eine separate Detektionsvorrichtung zugeordnet ist. Insbesondere ist es möglich, dass einem ersten Arbeitsstrahl einer Mehrzahl an Arbeitsstrahlen eine separate Detektionsvorrichtung zugeordnet ist, wobei auf der optischen Achse eines zweiten optischen Arbeitsstrahls der Mehrzahl an optischen Arbeitsstrahlen eine dem zweiten optischen Arbeitsstrahl zugeordnete Detektionsvorrichtung angeordnet ist. Ist einem optischen Arbeitsstrahl eine separate Detektionsvorrichtung zugeordnet, ist die Steuervorrichtung insbesondere eingerichtet, um die dem optischen Arbeitsstrahl zugeordnete Scannervorrichtung und andererseits ein Ablenkelement der separaten Detektionsvorrichtung synchron anzusteuern, damit durch die Detektionsvorrichtung zu jedem Zeitpunkt remittiertes Licht von genau dem Ort erfasst werden kann, auf welchen der zugeordnete optische Arbeitsstrahl momentan ausgerichtet ist.According to a further development of the invention it is provided that the detection device is arranged on an optical axis of the optical working beam. It is also possible for at least one optical working beam to have a separate one Detection device is assigned. In particular, it is possible for a separate detection device to be assigned to a first working beam of a plurality of working beams, with a detection device assigned to the second optical working beam being arranged on the optical axis of a second optical working beam of the plurality of optical working beams. If a separate detection device is assigned to an optical working beam, the control device is in particular set up to synchronously control the scanner device assigned to the optical working beam and, on the other hand, a deflection element of the separate detection device, so that remitted light from exactly the location can be detected by the detection device at any time which the assigned optical working beam is currently aligned.
Insbesondere weist die Fertigungsvorrichtung zumindest ein Merkmal auf, welches zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren explizit oder implizit für die Fertigungsvorrichtung erläutert wurde.In particular, the manufacturing device has at least one feature that was previously explained explicitly or implicitly for the manufacturing device in connection with the method.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Computerprogramm geschaffen wird, dass maschinenlesbare Anweisungen aufweist, aufgrund derer ein erfindungsgemäßes Verfahren oder ein Verfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer Rechenvorrichtung, insbesondere der Steuervorrichtung einer erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung oder einer Fertigungsvorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, läuft. In Zusammenhang mit dem Computerprogramm ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren oder der Fertigungsvorrichtung erläutert wurden.The object is finally also solved by creating a computer program that has machine-readable instructions, based on which a method according to the invention or a method according to one or more of the previously described embodiments is carried out when the computer program is on a computing device, in particular the control device of a manufacturing device according to the invention or a manufacturing device according to one or more of the previously described embodiments. In connection with the computer program, there are in particular the advantages that have already been explained previously in connection with the method or the manufacturing device.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer generativen Fertigungsvorrichtung; -
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Kalibrieren der generativen Fertigungsvorrichtung, und -
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren der generativen Fertigungsvorrichtung.
-
1 a schematic representation of an exemplary embodiment of a generative manufacturing device; -
2 a schematic representation of a first embodiment of a method for calibrating the generative manufacturing device, and -
3 a schematic representation of a second embodiment of the method for calibrating the generative manufacturing device.
Die Fertigungsvorrichtung 1 zum generativen Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial weist mindestens eine Strahlvorrichtung 3 auf, die eingerichtet ist zum Erzeugen eines optischen Arbeitsstrahls 5, um ein Bauteil mittels des optischen Arbeitsstrahls 5 generativ aus einem Pulvermaterial zu fertigen.The
Die Fertigungsvorrichtung 1 weist außerdem eine bezüglich mindestens einer Koordinate verstellbare, in einem Arbeitsfeld 7 der Fertigungsvorrichtung 1 anordenbare Bauplattform 9 auf, die eingerichtet ist, damit ein Bauteil generativ aus dem Pulvermaterial auf der Bauplattform 9 gefertigt werden kann.The
Außerdem weist die Fertigungsvorrichtung 1 mindestens eine Scannervorrichtung 11 auf, die eingerichtet ist zum Verlagern des mindestens einen optischen Arbeitsstrahls 5 in dem Arbeitsfeld 7.In addition, the
Weiterhin weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine Detektionsvorrichtung 13 auf, die eingerichtet ist zum Erfassen von insbesondere entlang einer optischen Achse A des optischen Arbeitsstrahls 5 remittiertem Licht 15 des optischen Arbeitsstrahls 5. Insbesondere ist die Detektionsvorrichtung 13 auf der optischen Achse A angeordnet.Furthermore, the
Schließlich weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine Steuervorrichtung 17 auf, die eingerichtet ist, um die Scannervorrichtung 11 zum Verlagern des optischen Arbeitsstrahls 5 anzusteuern, um Signalwerte der Detektionsvorrichtung 13 während des Verlagerns des optischen Arbeitsstrahls 5 - insbesondere orts- und/oder zeitabhängig - zu erfassen, und um eine Lage der Bauplattform 9 bezüglich der mindestens einen Koordinate aus den erfassten Signalwerten abzuleiten.Finally, the
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Fertigungsvorrichtung 1 insbesondere eine Fokussiereinheit 19, insbesondere eine dynamische Fokussiereinheit 19, auf, um den optischen Arbeitsstrahl 5 unabhängig von einer momentanen Funktionsstellung der Scannervorrichtung 9 stets genau auf das Arbeitsfeld 7, insbesondere die Bauplattform 9, zu fokussieren. Hierbei bedarf es einer dynamischen Fokussierung insbesondere deshalb, weil der Abstand eines momentan durch den optischen Arbeitsstrahl 5 anvisierten Orts 20 von der Scannervorrichtung 9 mit der momentanen Position dieses Orts 20 und damit auch mit der momentanen Funktionsstellung der Scannervorrichtung 9 variiert. Dies wiederum resultiert aus der zumindest im perfekt ausgerichteten Zustand der Bauplattform 9 ebenen Geometrie des Arbeitsfelds 7 und der Art der Verlagerung des optischen Arbeitsstrahls 5 durch die Scannervorrichtung 9, wobei Orte mit konstantem Abstand zu der Scannervorrichtung 9 auf einer Halbkugel um die Scannervorrichtung 9 angeordnet wären.In the exemplary embodiment shown here, the
Im Strahlengang des optischen Arbeitsstrahls 5 ist hier ein Umlenkspiegel 21 angeordnet, durch den der optische Arbeitsstrahl 5 ausgehend von der Strahlvorrichtung 3 zu der Scannervorrichtung 11 umgelenkt wird. Der Umlenkspiegel 21 weist eine Reflektivität auf, die geringer ist als 100 %. Daher ist er teiltransparent für das entlang der optischen Achse A remittierte Licht 15, welches durch den Umlenkspiegel 21 entlang der optischen Achse A zumindest teilweise transmittiert wird und so zu der Detektionsvorrichtung 13 gelangt. Dabei ist im Strahlengang des remittierten Lichts 15 hinter dem Umlenkspiegel 21 bevorzugt eine Sammellinse 23 angeordnet, die das remittierte Licht 15 auf die Detektionsvorrichtung 13 bündelt, insbesondere den Ort 20 auf die Detektionsvorrichtung 13 abbildet. Anstelle des Umlenkspiegels 21 kann auch ein Scraper-Spiegel oder ein Polarisationsstrahlteiler verwendet werden, wobei im letzteren Fall der optische Arbeitsstrahl 5 bevorzugt linear polarisiert ist.A
Die Detektionsvorrichtung 13 ist bevorzugt als Fotodiode, insbesondere als Silizium-Fotodiode ausgebildet.The
Insbesondere weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine Verstellvorrichtung 25 auf, die eingerichtet ist, um die Bauplattform 9 bezüglich der mindestens einen Koordinate zu verstellen. Die Steuervorrichtung 17 ist mit der Verstellvorrichtung 25 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Verstellvorrichtung 25 insbesondere in Abhängigkeit von der aus den erfassten Signalwerten abgeleiteten Lage der Bauplattform 9 anzusteuern, insbesondere um eine tatsächliche Lage der Bauplattform 9 in der Fertigungsvorrichtung 1 anhand der abgeleiteten Lage, insbesondere anhand einer Abweichung der abgeleiteten Lage von einer erwarteten Lage, zu korrigieren.In particular, the
Die Steuervorrichtung 17 ist insbesondere eingerichtet, um ein im Folgenden näher erläutertes Verfahren zum Kalibrieren der Fertigungsvorrichtung 1 durchzuführen.The
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numbers in all figures, so that reference is made to the previous description.
Im Rahmen des Verfahrens zum Kalibrieren der generativen Fertigungsvorrichtung 1 wird der optische Arbeitsstrahl 5 über zumindest zwei voneinander beabstandete Antastbereiche 27 des Arbeitsfelds 7 verlagert. Die Antastbereiche 27 sind so gewählt, dass in jedem der Antastbereiche 27 jeweils ein Konturabschnitt 29 der Bauplattform 9 erwartet wird. Signalwerten des aus den Antastbereichen 27 remittierten Lichts 15 werden erfasst. Es wird eine Lage der Bauplattform 9 bezüglich der mindestens einen Koordinate aus den erfassten Signalwerten abgeleitet, und die Fertigungsvorrichtung 1 wird anhand der abgeleiteten Lage der Bauplattform 9 kalibriert. Insbesondere sind hier ein erster Antastbereich 27.1 mit einem ersten Konturabschnitt 29.1 sowie eine zweiter Antastbereich 27.2 mit einem zweiten Konturabschnitt 29.2 dargestellt.As part of the method for calibrating the
Symbolisch ist - mit je einem kleinen Kreis - auch für jeden der Antastbereiche 27 der optische Arbeitsstrahl 5 auf dem Arbeitsfeld 7 dargestellt, insbesondere wie er sich auf Höhe einer Arbeitsfläche 33 der Bauplattform 9 darstellt.Symbolically - with a small circle - the
In einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Signalwerte ortsabhängig erfasst werden. Insbesondere werden die Signalwerte in diesem Fall abhängig von der Funktionsstellung der Scannervorrichtung 11 erfasst.In an exemplary embodiment of the method, not shown here, it is provided that the signal values are recorded depending on the location. In particular, the signal values in this case are recorded depending on the functional position of the
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden die Signalwerte zeitabhängig erfasst.In the exemplary embodiment of the method shown here, the signal values are recorded as a function of time.
Es ist möglich, dass anhand der erfassten Signalwerte direkt eine Lage der Konturabschnitte 29 der Bauplattform 9 in den Antastbereichen 27 erkannt wird, wobei die Lage der Bauplattform 9 bezüglich der mindestens einen Koordinate aus der erkannten Lage der Konturabschnitte 29 in den Antastbereichen 27 abgeleitet wird.It is possible for a position of the contour sections 29 of the
Bei dem in
Insbesondere wird die Lage der Bauplattform 9 bezüglich der mindestens einen Koordinate aus sprunghaften Veränderungen der erfassten Signalwerte abgeleitet.In particular, the position of the
In
Der Arbeitsstrahl 5 wird insbesondere ausgehend von dem ersten Antastbereich 27.1 diametral über die Arbeitsfläche 33 der Bauplattform 9 bis in den zweiten Antastbereich 27.2 verlagert. Zu einem ersten Zeitpunkt t1 erreicht der Arbeitsstrahl 5 den ersten Konturabschnitt 29.1 der Bauplattform 9, und die in der Detektionsvorrichtung 13 erfasste Spannung V steigt sprunghaft an. Während der Verlagerung des Arbeitsstrahls 5 über die Arbeitsfläche 33 bleibt die erfasste Spannung V konstant. Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 überstreicht der Arbeitsstrahl 5 den zweiten Konturabschnitt 29.2, und die erfasste Spannung V fällt sprunghaft ab. Der sprunghafte oder unstetige Anstieg und der sprunghafte oder unstetige Abfall der Spannung V können in der Steuervorrichtung 17 erkannt und daraus der erste Zeitpunkt t1 und der zweite Zeitpunkt t2 ermittelt werden. In Kenntnis der vorzugsweise konstanten Verlagerungsgeschwindigkeit des Arbeitsstrahls 5 kann aus der Differenz der beiden Zeitpunkte t1, t2 die Verlagerungsstrecke des Arbeitsstrahls 5 über die Arbeitsfläche 33 berechnet und somit der scheinbare Durchmesser der Bauplattform 9 erhalten werden. Dieser wird nun mit dem bekannten, tatsächlichen Durchmesser der Bauplattform 9 verglichen. Unter der Annahme, dass die Bauplattform 9 in korrekter Winkelausrichtung horizontal angeordnet ist, gilt folgendes: Stimmt der scheinbare Durchmesser mit dem tatsächlichen Durchmesser überein, ist die Bauplattform 9 in korrekter Einbauhöhe fluchtend mit dem Kammerboden 35 angeordnet. Ist der scheinbare Durchmesser kleiner als der tatsächliche Durchmesser, ist die Bauplattform 9 zu tief, unterhalb des Kammerbodens 35, angeordnet; ist demgegenüber der scheinbare Durchmesser größer als der tatsächliche Durchmesser, ist die Bauplattform 9 zu hoch, oberhalb des Kammerbodens 35 angeordnet. Insbesondere kann aus der Differenz zwischen dem scheinbaren Durchmesser und dem tatsächlichen Durchmesser auch auf die - insbesondere absolute - Abweichung von der korrekten Einbaulage geschlossen werden.The working
Dasselbe Bild ergibt sich bei korrekter Einbauhöhe der Bauplattform 9, wenn statt eines optischen Arbeitsstrahls 5 eine Mehrzahl optischer Arbeitsstrahlen 5 verwendet wird, wobei die Arbeitsstrahlen 5 zu jedem Zeitpunkt ihrer Verlagerung auf einen gemeinsamen Punkt auf der Arbeitsfläche 33 ausgerichtet sind. Insbesondere wird das remittierte Licht 15 für jeden optischen Arbeitsstrahl 5 in einer separat zugeordneten, auf der jeweiligen optischen Achse angeordneten Detektionsvorrichtung 13 detektiert, sodass für jeden optischen Arbeitsstrahl 5 dasselbe, in
Hier ist insbesondere eine Verwendung von drei optischen Arbeitsstrahlen 5, nämlich eines ersten optischen Arbeitsstrahls 5.1, eines zweiten optischen Arbeitsstrahls 5.2 und eines dritten optischen Arbeitsstrahls 5.3 dargestellt.Here, in particular, the use of three optical working
Insbesondere wird die Lage der Bauplattform 9 bezüglich der mindestens einen Koordinate aus einem örtlichen und/oder zeitlichen Versatz zwischen Signalwerten, die verschiedenen Arbeitsstrahlen 5 der Mehrzahl an Arbeitsstrahlen 5 zugeordnet sind, abgeleitet. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Lage der Bauplattform 9 bezüglich der mindestens einen Koordinate aus einem Unterschied in dem örtlichen und/oder zeitlichen Versatz der verschiedenen Arbeitsstrahlen 5 zugeordneten Signalwerte zwischen den mindestens zwei Antastbereichen 27 abgeleitet wird.In particular, the position of the
Insbesondere werden die Arbeitsstrahlen 5.1, 5.2, 5.3 gemeinsam von dem ersten Antastbereich 27.1 über die Arbeitsfläche 33 zu dem zweiten Antastbereich 27.2 verlagert.In particular, the working beams 5.1, 5.2, 5.3 are displaced together from the first probing area 27.1 via the working
Bei a) ist eine Situation dargestellt, in der die Bauplattform 9 zu hoch über dem Kammerboden 35 eingebaut ist. Da die von den an verschiedenen Orten angeordneten, jeweils zugeordneten Scannervorrichtungen 11 kommenden Arbeitsstrahlen 5 auf einen gemeinsamen Punkt in der Bauebene oder in der Soll-Ebene für die Anordnung der Arbeitsfläche 33 angeordnet sind, treffen sie sich bei einer Lage der Arbeitsfläche 33 außerhalb der Soll-Ebene nicht in einem gemeinsamen Punkt auf der Arbeitsfläche 33. Vielmehr eilt ohne Beschränkung der Allgemeinheit bei zu hoch angeordneter Arbeitsfläche 33 hier beispielsweise der dritte optische Arbeitsstrahl 5.3 den beiden anderen optischen Arbeitsstrahlen 5.1, 5.2 vor. In dem V,t-Diagramm sind gemeinsam zusammengefasst die zeitlich erfassten Signalwerte der den jeweiligen optischen Arbeitsstrahlen 5 zugeordneten und auf den jeweiligen optischen Achsen A angeordneten Detektionsvorrichtungen 13 dargestellt. Dabei ist mit einer gestrichelten Linie ein Signalverlauf V(t) für die dem dritten optischen Arbeitsstrahl 5.3 zugeordnete Detektionsvorrichtung 13 dargestellt, und mit einer durchgezogenen Linie sind die übereinstimmenden und somit aufeinanderfallenden zeitlichen Signalverläufe V(t) für den ersten optischen Arbeitsstrahl 5.1 und den zweiten optischen Arbeitsstrahl 5.2 dargestellt. Da der dritte optische Arbeitsstrahl 5.3 den anderen optischen Arbeitsstrahlen 5.1, 5.2 voreilt, werden für ihn der unstetige Anstieg und der unstetige Abfall der Spannung V früher beobachtet als für die beiden anderen optischen Arbeitsstrahlen 5.1, 5.2. Daraus ergeben sich ein erster zeitlicher Versatz Δt1 der unstetigen Anstiege und ein zweiter zeitlicher Versatz Δt2 der unstetigen Abfälle. Aus diesen zeitlichen Versätzen kann aufgrund der bekannten geometrischen Verläufe der optischen Arbeitsstrahlen 5 auf die Lage der Bauplattform 9 zurückgeschlossen werden. Insbesondere gilt bei lediglich falscher Einbauhöhe ohne Verkippung Δt1 = Δt2.At a) a situation is shown in which the
Bei b) ist eine Situation dargestellt, in der die Bauplattform 9 verkippt angeordnet ist, insbesondere dergestalt, dass der erste Konturabschnitt 29.1 unterhalb des Kammerbodens 9 und der zweite Konturabschnitt 29.2 oberhalb des Kammerbodens 35 angeordnet ist.At b) a situation is shown in which the
Die Lage der verschiedenen optischen Arbeitsstrahlen 5 relativ zueinander entspricht hier in dem zweiten Antastbereich 27.2 der zuvor in Zusammenhang mit a) erläuterten Lage, wobei aber in dem ersten Antastbereich 27.1 die Lage der optischen Arbeitsstrahlen 5 invertiert ist, da diese sich in der Bauebene oder der Soll-Ebene kreuzen, und hier die Arbeitsfläche 33 unterhalb des Kammerbodens 35 angeordnet ist. Somit eilt in dieser Situation der dritte optische Arbeitsstrahl 5.3 in dem ersten Antastbereich 27.1 den beiden anderen optischen Arbeitsstrahlen 5.1, 5.2. nach, während er in dem zweiten Antastbereich 27.2 - wie bei a) - voreilt. Entsprechend ist der unstetige Anstieg der Spannung V für den dritten optischen Arbeitsstrahl 5.3 in dem ersten Antastbereich 27.1 später zu erwarten als für die anderen beiden optischen Arbeitsstrahlen 5.1, 5.2, während der unstetige Abfall in dem zweiten Antastbereich 27.2 für den dritten optischen Arbeitsstrahl 5.3 - wie bei a) - früher erfolgt als für die anderen beiden optischen Arbeitsstrahlen 5.1, 5.2. Aus den zeitlichen Versätzen Δt1, Δt2, insbesondere aus einem Unterschied zwischen den zeitlichen Versätzen Δt1, Δt2, kann auf die lokale Lage der Konturabschnitte 29.1, 29.2 und damit auf die Verkippung der Bauplattform 9 geschlossen werden. Insbesondere gilt bei verkippter Lage der Bauplattform 9 Δt1 ≠ Δt2, wobei die Höhenlage unbestimmt ist.The position of the various optical working
Vorteilhaft wird in einem ersten Schritt die Verkippung der Bauplattform 9 bestimmt und gegebenenfalls korrigiert, wobei danach in einem zweiten Schritt unter erneuter Durchführung des Verfahrens die Höhenlage der Bauplattform 9 bestimmt wird.Advantageously, in a first step, the tilting of the
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|---|---|---|---|---|
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