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DE102022135050A1 - TECHNIQUE FOR CALIBRATING AN IRRADIATION SYSTEM OF AN ADDITIVE MANUFACTURING DEVICE - Google Patents

TECHNIQUE FOR CALIBRATING AN IRRADIATION SYSTEM OF AN ADDITIVE MANUFACTURING DEVICE Download PDF

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DE102022135050A1
DE102022135050A1 DE102022135050.9A DE102022135050A DE102022135050A1 DE 102022135050 A1 DE102022135050 A1 DE 102022135050A1 DE 102022135050 A DE102022135050 A DE 102022135050A DE 102022135050 A1 DE102022135050 A1 DE 102022135050A1
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irradiation
lateral
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powder layer
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DE102022135050.9A
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German (de)
Inventor
Jan Wilkes
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Nikon SLM Solutions AG
Original Assignee
Nikon SLM Solutions AG
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Priority to JP2025537872A priority patent/JP2026501360A/en
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines Bestrahlungssystems einer Vorrichtung zur additiven Fertigung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Aufbringen einer Pulverschicht auf einen Arbeitsbereich der Vorrichtung, Messen einer Topographie von mindestens einem Abschnitt der Pulverschicht basierend auf der gemessenen Topographie, Bestimmen mindestens eines lateralen Korrekturwertes für einen Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems, und Anwenden des lateralen Korrekturwerts auf die von dem Bestrahlungssystem verwendeten Scandaten zum Scannen des Bestrahlungsstrahls über dem Arbeitsbereich. Ferner wird eine Vorrichtung zur additiven Fertigung bereitgestellt.

Figure DE102022135050A1_0000
A method for calibrating an irradiation system of an additive manufacturing device is provided. The method includes applying a powder layer to a work area of the device, measuring a topography of at least a portion of the powder layer based on the measured topography, determining at least one lateral correction value for an irradiation beam of the irradiation system, and applying the lateral correction value to the scan data used by the irradiation system to scan the irradiation beam over the work area. Furthermore, an additive manufacturing device is provided.
Figure DE102022135050A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Kalibrierung eines Bestrahlungssystems einer Vorrichtung zur additiven Fertigung. Genauer und ohne Einschränkung kann die Vorrichtung zur additiven Fertigung eine Vorrichtung zur Pulverbettfusion sein, wie selektives Lasersintern, selektives Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen.The present invention relates generally to the calibration of an irradiation system of an additive manufacturing apparatus. More specifically, and without limitation, the additive manufacturing apparatus may be a powder bed fusion apparatus, such as selective laser sintering, selective laser melting, or electron beam melting.

Die Pulverbettfusion ist ein additiver Schichtungsvorgang, durch den pulverförmige, insbesondere metallische und/oder keramische Rohstoffe zu dreidimensionalen Werkstücken komplexer Formen verarbeitet werden können. Hierzu wird eine Rohmaterialpulverschicht auf einen Träger aufgebracht und ortsselektiv in Abhängigkeit von der gewünschten Geometrie des herzustellenden Werkstücks mit Strahlung (z. B. Laser- oder Partikelstrahlung) beaufschlagt. Die in die Pulverschicht eindringende Strahlung bewirkt eine Erwärmung und folglich Schmelzen oder Sintern der Rohmaterialpulverteilchen. Weitere Rohmaterialpulverschichten werden dann nacheinander auf die Schicht auf dem Träger aufgebracht, der bereits einer Strahlungsbehandlung unterzogen wurde, bis das Werkstück die gewünschte Form und Größe aufweist. Pulverbettfusion kann zur Herstellung von Prototypen, Werkzeugen, Ersatzteilen, hochwertigen Komponenten oder medizinischen Prothesen, wie beispielsweise Dental- oder orthopädischen Prothesen, auf Basis von CAD-Daten verwendet werden. Beispiele für Pulverbettfusionstechniken schließen selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern und Elektronenstrahlschmelzen ein.Powder bed fusion is an additive layering process by which powdered, in particular metallic and/or ceramic raw materials can be processed into three-dimensional workpieces of complex shapes. For this purpose, a raw material powder layer is applied to a carrier and subjected to radiation (e.g. laser or particle radiation) in a location-selective manner depending on the desired geometry of the workpiece to be produced. The radiation penetrating the powder layer causes heating and consequently melting or sintering of the raw material powder particles. Further raw material powder layers are then applied one after the other to the layer on the carrier, which has already been subjected to radiation treatment, until the workpiece has the desired shape and size. Powder bed fusion can be used to produce prototypes, tools, spare parts, high-quality components or medical prostheses, such as dental or orthopedic prostheses, based on CAD data. Examples of powder bed fusion techniques include selective laser melting, selective laser sintering and electron beam melting.

Vorrichtungen zum Herstellen eines oder mehrerer Werkstücke gemäß der obigen Technik sind bekannt. Zum Beispiel beschreiben EP 2 961 549 A1 und EP 2 878 402 A1 jeweils eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß der Technik des selektiven Laserschmelzens. Die in diesen Dokumenten beschriebenen allgemeinen Prinzipien können auch für die Technik der vorliegenden Offenbarung gelten.Devices for producing one or more workpieces according to the above technique are known. For example, EP 2 961 549 A1 and EP 2 878 402 A1 each discloses an apparatus for producing a three-dimensional workpiece according to the technique of selective laser melting. The general principles described in these documents may also apply to the technique of the present disclosure.

Um eine Position des Bestrahlungsstrahls im Hinblick auf einen Arbeitsbereich, an dem der Bestrahlungsstrahl gestrahlt wird, präzise zu bestimmen, sind mehrere Kalibriertechniken bekannt. Insbesondere, wenn mehr als ein Bestrahlungsstrahl von einem Bestrahlungssystem einer additiven Fertigungsvorrichtung emittiert und unabhängig gescannt werden kann, ist es wichtig, dass die Bestrahlungsstrahlen relativ zueinander kalibriert sind. Mit anderen Worten ist es wichtig, um eine gewünschte Qualität des Werkstücks (ohne unerwünschte Kanten und/oder andere Unregelmäßigkeiten in einer Struktur des fertigen Werkstücks) zu erreichen, dass alle Bestrahlungsstrahlen genau auf den gleichen Punkt des Arbeitsbereichs treffen, wenn sie durch eine Steuereinheit der Vorrichtung auf den gleichen Punkt gerichtet sind.In order to precisely determine a position of the irradiation beam with respect to a work area where the irradiation beam is irradiated, several calibration techniques are known. In particular, when more than one irradiation beam can be emitted from an irradiation system of an additive manufacturing device and scanned independently, it is important that the irradiation beams are calibrated relative to each other. In other words, in order to achieve a desired quality of the workpiece (without unwanted edges and/or other irregularities in a structure of the finished workpiece), it is important that all irradiation beams hit exactly the same point of the work area when directed to the same point by a control unit of the device.

Zum Beispiel beschreibt WO 2019/161886 A1 ein Verfahren zum Ausrichten eines Mehrfachstrahl-Bestrahlungssystems zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks durch Bestrahlen von Schichten eines Rohmaterialpulvers mit elektromagnetischer oder Teilchenstrahlung. Das Verfahren der WO 2019/161886 A1 umfasst die Schritte: i) Aufbringen einer ersten Rohmaterialpulverschicht auf einen Träger, um eine Bestrahlungsebene zu definieren, die mit von dem Bestrahlungssystem emittierten Bestrahlungsstrahlen bestrahlt wird; ii) Herstellen einer ersten Teststruktur in der ersten Rohmaterialpulverschicht in einer Überlappungszone der Bestrahlungsebene unter Verwendung eines ersten Bestrahlungsstrahls, der von einer kalibrierten ersten Bestrahlungseinheit des Bestrahlungssystems emittiert wird; iii) Herstellen einer zweiten Teststruktur in der ersten Rohmaterialpulverschicht in der Überlappungszone der Bestrahlungsebene unter Verwendung eines zweiten Bestrahlungsstrahls, der von einer kalibrierten zweiten Bestrahlungseinheit des Bestrahlungssystems emittiert wird; iv) Bestimmen eines Versatzes zwischen der ersten und der zweiten Teststruktur in der Bestrahlungsebene; und v) Ausrichten mindestens einer von der ersten und der zweiten kalibrierten Bestrahlungseinheit basierend auf dem bestimmten Versatz zwischen der ersten und der zweiten Teststruktur derart, dass der Versatz einen Schwellenwert nicht überschreitet.For example, WO 2019/161886 A1 a method for aligning a multi-beam irradiation system for use in an apparatus for producing a three-dimensional workpiece by irradiating layers of a raw material powder with electromagnetic or particle radiation. The method of WO 2019/161886 A1 comprises the steps of: i) applying a first raw material powder layer to a carrier to define an irradiation plane that is irradiated with irradiation beams emitted by the irradiation system; ii) producing a first test structure in the first raw material powder layer in an overlap zone of the irradiation plane using a first irradiation beam emitted by a calibrated first irradiation unit of the irradiation system; iii) producing a second test structure in the first raw material powder layer in the overlap zone of the irradiation plane using a second irradiation beam emitted by a calibrated second irradiation unit of the irradiation system; iv) determining an offset between the first and the second test structure in the irradiation plane; and v) aligning at least one of the first and the second calibrated irradiation unit based on the determined offset between the first and the second test structure such that the offset does not exceed a threshold value.

Ferner beschreibt EP 3-907-021 A1 ein Verfahren zur automatisierten Ausrichtung von Scanoptiken zur additiven Fertigung. Das Verfahren der EP 3-907-021 A1 schließt die folgenden Schritte ein: Bestrahlen eines Objektbereichs einer Schicht aus einem pulverförmigen Material, das auf einer Gebäudeplattform bereitgestellt ist, mit mindestens einem Bestrahlungsstrahl, Bestrahlen eines Kalibrierbereichs der Schicht des pulverförmigen Materials mit mindestens einem Bestrahlungsstrahl, Führen des ersten Bestrahlungsstrahls mit der ersten Scanoptik über die obere Zwischenfläche und dadurch Schmelzen eines ersten Kalibrierungsmusters in die obere Zwischenfläche, Führen des zweiten Bestrahlungsstrahls mit der zweiten Scanoptik über die obere Zwischenfläche und dadurch Schmelzen eines zweiten Kalibrierungsmusters in die obere Zwischenfläche, unter Verwendung des mindestens einen Bildes, Identifizieren von Bildpunkten im Hinblick auf die geometrischen Merkmale der Kalibrierungsmuster, aus den Bildpunkten, Ableiten eines räumlichen Versatzes zwischen den zweiten geometrischen Merkmalen und Ausrichten mindestens eines von Scanoptik unter Berücksichtigung des räumlichen Versatzes.Furthermore, EP 3-907-021 A1 a process for the automated alignment of scanning optics for additive manufacturing. The process of EP 3-907-021 A1 includes the following steps: irradiating an object region of a layer of a powdery material provided on a building platform with at least one irradiation beam, irradiating a calibration region of the layer of the powdery material with at least one irradiation beam, guiding the first irradiation beam with the first scanning optics over the upper interface and thereby melting a first calibration pattern into the upper interface, guiding the second irradiation beam with the second scanning optics over the upper interface and thereby melting a second calibration pattern into the upper interface, using the at least one image, identifying image points with respect to the geometric features of the calibration patterns from the image points, deriving a spatial offset between the second geometric features and aligning at least one of scanning optics taking into account the spatial offset.

Ferner sind Verfahren zur Kalibrierung bekannt, die Kalibrierfolien verwenden, die in den Arbeitsbereich einer Vorrichtung zur additiven Fertigung gebracht werden können und in die vordefinierte Muster durch einen oder mehrere Laser gebrannt werden. Eine relative Position dieses einen oder dieser mehrerer Muster kann betrachtet werden, z. B. durch eine Kamera, und ein oder mehrere Korrekturwerte können für den/die jeweiligen Laser bestimmt werden.Furthermore, methods for calibration are known that use calibration foils that can be brought into the work area of an additive manufacturing device and into which predefined patterns are burned by one or more lasers. A relative position of this one or more patterns can be viewed, e.g. by a camera, and one or more correction values can be determined for the respective laser(s).

Anstelle der Kalibrierfolien ist es bekannt, Sensoren (insbesondere zweidimensionale Sensoren) im Arbeitsbereich oder neben dem Arbeitsbereich an einem unteren Bereich der Baukammer bereitzustellen. Diese Sensoren können CCD-Sensoren oder CMOS-Sensoren sein, die konfiguriert sind, um eine Bestrahlungsstelle eines Laserstrahls im Hinblick auf eine Oberfläche des Sensors zu bestimmen. Basierend auf der bestimmten Bestrahlungsstelle können Korrekturwerte bestimmt werden, sodass ein oder mehrere Laser der Vorrichtung auf eine gewünschte Stelle auftreffen.Instead of the calibration foils, it is known to provide sensors (in particular two-dimensional sensors) in the work area or next to the work area at a lower area of the build chamber. These sensors can be CCD sensors or CMOS sensors that are configured to determine an irradiation point of a laser beam with respect to a surface of the sensor. Based on the determined irradiation point, correction values can be determined so that one or more lasers of the device impinge on a desired point.

Die vorstehenden Techniken setzen jedoch eine ideale Situation während des Aufbauauftrags voraus, insbesondere hinsichtlich der Eigenschaften der aufgebrachten Rohmaterialschicht. In realen Szenarien können die vorstehenden Kalibrierungstechniken jedoch immer noch nicht präzise genug sein.However, the above techniques assume an ideal situation during the build application, especially regarding the properties of the deposited raw material layer. However, in real-world scenarios, the above calibration techniques may still not be precise enough.

Die Erfindung ist daher auf die Aufgabe gerichtet, eine verbesserte Technik zur Kalibrierung eines Bestrahlungssystems einer Vorrichtung zur additiven Fertigung bereitzustellen. Insbesondere und ohne Einschränkung ist es erwünscht, eine Technik bereitzustellen, die zu einer verbesserten Präzision beim Kalibrieren eines oder mehrerer Bestrahlungsstrahlen einer Vorrichtung zur additiven Fertigung führt.The invention is therefore directed to the object of providing an improved technique for calibrating an irradiation system of an additive manufacturing device. In particular and without limitation, it is desired to provide a technique that leads to improved precision in calibrating one or more irradiation beams of an additive manufacturing device.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Die vorstehend erörterten Techniken berücksichtigen keine tatsächliche Topographie einer aufgebrachten Pulverschicht (z. B. eine Krümmung oder eine Neigung). Die Topographie (insbesondere falls diese nicht exakt flach oder geneigt ist) kann jedoch einen Einfluss auf die Stellen haben, an denen ein oder mehrere Bestrahlungsstrahlen auf das Rohmaterialpulver auftreffen. Die in der vorliegenden Offenbarung offenbarte Technik berücksichtigt die Topographie der Pulverschicht zum Kalibrieren eines oder mehrerer Bestrahlungsstrahlen.The techniques discussed above do not take into account an actual topography of a deposited powder layer (e.g., a curvature or a slope). However, the topography (particularly if it is not exactly flat or sloped) can have an impact on the locations where one or more irradiation beams impinge on the raw material powder. The technique disclosed in the present disclosure takes into account the topography of the powder layer to calibrate one or more irradiation beams.

Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines Bestrahlungssystems einer Vorrichtung zur additiven Fertigung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Aufbringen einer Pulverschicht auf einen Arbeitsbereich der Vorrichtung, Messen einer Topographie von mindestens einem Abschnitt der Pulverschicht basierend auf der gemessenen Topographie, Bestimmen mindestens eines lateralen Korrekturwertes für einen Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems, und Anwenden des lateralen Korrekturwerts auf die von dem Bestrahlungssystem verwendeten Scandaten zum Scannen des Bestrahlungsstrahls über dem Arbeitsbereich.According to a first aspect, a method for calibrating an irradiation system of an additive manufacturing device is provided. The method comprises applying a powder layer to a work area of the device, measuring a topography of at least a portion of the powder layer based on the measured topography, determining at least one lateral correction value for an irradiation beam of the irradiation system, and applying the lateral correction value to the scan data used by the irradiation system to scan the irradiation beam over the work area.

Eines oder mehrere der folgenden Merkmale des Verfahrensaspekts können auch für die Vorrichtung des nachstehend beschriebenen Vorrichtungsaspekts gelten. Wenn in der vorliegenden Offenbarung der Begriff „Werkstück“ verwendet wird, bezieht er sich immer auf das „dreidimensionale Werkstück“.One or more of the following features of the method aspect may also apply to the apparatus of the apparatus aspect described below. Whenever the term "workpiece" is used in the present disclosure, it always refers to the "three-dimensional workpiece".

Der Prozess der additiven Fertigung, über den das Werkstück erzeugt wird, kann eine additive Fertigung aus einem Pulverbett sein, wie selektives Lasersintern oder selektives Laserschmelzen oder ein beliebiger anderer additiver Fertigungsprozess, bei dem ein Werkstück aus Rohmaterialpulver durch Einstrahlen eines Bestrahlungsstrahls auf das Rohmaterialpulver und dadurch Verfestigen des Rohmaterialpulvers an gewünschten Stellen aufgebaut wird.The additive manufacturing process by which the workpiece is created may be additive manufacturing from a powder bed, such as selective laser sintering or selective laser melting, or any other additive manufacturing process in which a workpiece is built up from raw material powder by irradiating the raw material powder with an irradiation beam and thereby solidifying the raw material powder at desired locations.

Die Pulverschicht kann durch eine Pulverauftragsvorrichtung (auch als Pulverbeschichtungsvorrichtung bezeichnet) aufgebracht werden. Die Pulverauftragsvorrichtung kann einen Pulvertrichter umfassen, in dem eine gewisse Menge an Pulver aufbewahrt werden kann, z. B. mindestens so viel Pulver, wie zum Aufbringen einer vollen Pulverschicht erforderlich ist. Ferner kann die Pulverauftragsvorrichtung eine oder mehrere Walzen und eine oder mehrere Rakel umfassen. Die eine oder die mehreren Walzen können konfiguriert sein, um das Rohmaterialpulver zu komprimieren und/oder eine gleichmäßige Oberfläche zu erzeugen. Die eine oder die mehreren Rakel können konfiguriert sein, um eine glatte und gleichmäßige Oberfläche mit einer gleichmäßigen Dicke zu erzeugen. Die eine oder die mehreren Rakel können ferner konfiguriert sein, um überschüssiges Rohmaterialpulver aus dem Arbeitsbereich zu entfernen. Zum Beispiel können die eine oder die mehreren Rakel konfiguriert sein, um überschüssiges Rohmaterialpulver in einen Überlaufbehälter für überschüssiges Pulver zu drücken. Die Pulverauftragsvorrichtung kann eine längliche Form aufweisen, die sich entlang einer ersten Richtung (z. B. y-Richtung) erstreckt und konfiguriert sein kann, um sich entlang einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung (z. B. x-Richtung) zu bewegen, z. B. über eine oder mehrere Schienen geführt. Um eine Dicke der aufgebrachten Pulverschicht zu steuern, können die Pulverauftragsvorrichtung oder mindestens Teile der Pulverauftragsvorrichtung (z. B. eine Rakel) vertikal beweglich sein (d. h. entlang einer z-Richtung). Ferner kann die Dicke der Pulverschicht durch Einstellen einer vertikalen Position eines Trägers der Vorrichtung gesteuert werden, auf dem das Rohmaterialpulver in Schichten aufgebracht wird.The powder layer may be applied by a powder application device (also referred to as a powder coating device). The powder application device may include a powder hopper in which a certain amount of powder can be stored, e.g. at least as much powder as is required to apply a full layer of powder. Further, the powder application device may include one or more rollers and one or more squeegees. The one or more rollers may be configured to compress the raw material powder and/or create a uniform surface. The one or more squeegees may be configured to create a smooth and uniform surface with a uniform thickness. The one or more squeegees may further be configured to remove excess raw material powder from the work area. For example, the one or more squeegees may be configured to push excess raw material powder into an overflow container for excess powder. The powder application device may have an elongated shape extending along a first direction (e.g. y-direction) and may be configured to move along a second direction perpendicular to the first direction (e.g. x-direction), e.g. guided over one or more rails. To control a thickness of the applied powder layer, the powder application device or at least parts of the powder application device (e.g. a doctor blade) may be vertically movable (i.e. along a z-direction). Furthermore, the thickness of the powder layer may be controlled by adjusting a vertical position of a carrier of the device on which the raw material powder is applied in layers.

Der Arbeitsbereich kann als ein Bereich definiert sein, in dem das Aufbringen des Rohmaterialpulvers und die Bestrahlung des Rohmaterialpulvers ausgeführt wird. Der Arbeitsbereich kann mit einer Unterseite einer Prozesskammer der Vorrichtung bündig sein. Mit anderen Worten definiert der Arbeitsbereich einen (virtuellen) Bereich oder eine Ebene parallel zu einer Oberfläche eines Trägers und/oder einer Substratplatte der Vorrichtung. Im Idealfall wird jede neue Rohmaterialpulverschicht so aufgebracht, dass sie sich exakt in oder über den Arbeitsbereich (ohne irgendeine Krümmung und/oder Höcker oder Dellen) erstreckt.The working area may be defined as an area in which the deposition of the raw material powder and the irradiation of the raw material powder are carried out. The working area may be flush with a bottom of a process chamber of the device. In other words, the working area defines a (virtual) area or plane parallel to a surface of a carrier and/or a substrate plate of the device. Ideally, each new raw material powder layer is applied such that it extends exactly into or over the working area (without any curvature and/or bumps or dents).

In realen Situationen kann die aufgebrachte Pulverschicht jedoch eine Topographie aufweisen, die sich von einer flachen Ebene unterscheidet. Diese Topographie wird mindestens in einem Abschnitt der Pulverschicht gemessen. Der Ausdruck „Topographie“ kann synonym sein und kann daher durch „dreidimensionale Struktur“ oder „Höhenprofil“ ersetzt werden. Insbesondere kann die Messung der Topographie zu einem Höhenprofil des gemessenen Abschnitts führen, wobei eine Krümmung, ein Höcker und/oder eine Delle sowohl im Hinblick auf eine Stelle in der x-y-Ebene (d. h. im Arbeitsbereich) als auch im Hinblick auf eine Tiefe/Höhe entlang der z-Richtung identifiziert werden kann.However, in real situations, the applied powder layer may have a topography that is different from a flat plane. This topography is measured in at least one section of the powder layer. The term "topography" may be synonymous and can therefore be replaced by "three-dimensional structure" or "height profile". In particular, the measurement of the topography may result in a height profile of the measured section, where a curvature, a hump and/or a dent can be identified both with respect to a location in the x-y plane (i.e. in the work area) and with respect to a depth/height along the z-direction.

Im Schritt des Messens kann entweder die gesamte Pulverschicht gemessen werden oder nur ein vordefinierter Abschnitt davon. Zum Beispiel kann die Topographie nur in einem Abschnitt der Pulverschicht gemessen werden, wobei sich zwei oder mehr Bestrahlungsbereiche von entsprechenden zwei oder mehr Bestrahlungsstrahlen überlappen (d. h. in einem Überlappungsbereich von zwei oder mehr Bestrahlungsstrahlen).In the measuring step, either the entire powder layer can be measured or only a predefined portion thereof. For example, the topography can be measured only in a portion of the powder layer where two or more irradiation areas of corresponding two or more irradiation beams overlap (i.e. in an overlap area of two or more irradiation beams).

Der laterale Korrekturwert kann so bestimmt werden, dass eine Position des Bestrahlungsstrahls korrigiert wird und dass der Bestrahlungsstrahl an einer lateralen Position (in der x-y-Ebene) dort auf die Rohmaterialschicht trifft, wo er auftreffen würde, wenn die Pulverschicht vollständig flach und parallel zur x-y-Ebene wäre.The lateral correction value can be determined such that a position of the irradiation beam is corrected and the irradiation beam hits the raw material layer at a lateral position (in the x-y plane) where it would hit if the powder layer were completely flat and parallel to the x-y plane.

Der laterale Korrekturwert kann im Hinblick auf die Scandaten auf unterschiedliche (logische) Positionen angewendet werden. Zum Beispiel können die „ursprünglichen“ Scandaten unverändert bleiben und der Korrekturwert kann zu den Scandaten addiert werden, bevor er dem Bestrahlungssystem zugeführt wird. Ferner können die Scandaten durch Addieren des Korrekturwerts modifiziert werden und die modifizierten Scandaten können in das Bestrahlungssystem eingespeist werden.The lateral correction value can be applied to different (logical) positions with respect to the scan data. For example, the "original" scan data can remain unchanged and the correction value can be added to the scan data before it is fed to the irradiation system. Furthermore, the scan data can be modified by adding the correction value and the modified scan data can be fed to the irradiation system.

Der mindestens eine laterale Korrekturwert kann ein Korrekturwert für die gesamte Pulverschicht sein. Es kann jedoch wünschenswert sein, eine Mehrzahl von Korrekturwerten bereitzustellen, insbesondere einen Korrekturwert für jede laterale Position (x-y-Position) der Pulverschicht. Auf diese Weise können lokale Unregelmäßigkeiten in der Pulverschicht kompensiert werden. Zum Beispiel können in einem Fall, in dem in einem bestimmten Bereich der Pulverschicht eine Höcker vorhanden ist, Korrekturwerte (ungleich Null) nur für diesen bestimmten Bereich bereitgestellt werden.The at least one lateral correction value may be a correction value for the entire powder layer. However, it may be desirable to provide a plurality of correction values, in particular one correction value for each lateral position (x-y position) of the powder layer. In this way, local irregularities in the powder layer can be compensated. For example, in a case where a hump is present in a certain region of the powder layer, correction values (non-zero) may only be provided for that certain region.

Der laterale Korrekturwert kann einen Versatz in der x-y-Ebene angeben (z. B. in mm oder pm angegeben) oder er kann einen Winkelversatz im Hinblick auf einen Bestrahlungswinkel des Bestrahlungsstrahls (z. B. in Grad angegeben) angeben. The lateral correction value may specify an offset in the x-y plane (e.g. specified in mm or pm) or it may specify an angular offset with respect to an irradiation angle of the irradiation beam (e.g. specified in degrees).

Das Verfahren kann ferner das Bestrahlen der Pulverschicht mit dem Bestrahlungsstrahl gemäß den Scandaten umfassen, auf die der laterale Korrekturwert angewendet wurde.The method may further comprise irradiating the powder layer with the irradiation beam according to the scan data to which the lateral correction value has been applied.

Im Schritt des Bestrahlens der Pulverschicht kann der Bestrahlungsstrahl an gewünschten Stellen der Pulverschicht ein Schmelzbad erzeugen, sodass das Pulver an den gewünschten Stellen schmilzt und erstarrt, um eine Geometrie einer Werkstückschicht des herzustellenden Werkstücks vordefiniert zu bilden.In the step of irradiating the powder layer, the irradiation beam can create a melt pool at desired locations on the powder layer so that the powder melts and solidifies at the desired locations to predefinedly form a geometry of a workpiece layer of the workpiece to be produced.

Das Verfahren kann ferner das Kalibrieren einer lateralen Position des Bestrahlungsstrahls im Hinblick auf eine horizontale Ebene im Arbeitsbereich umfassen.The method may further comprise calibrating a lateral position of the irradiation beam with respect to a horizontal plane in the work area.

In diesem Schritt des Kalibrierens wird der Bestrahlungsstrahl im Hinblick auf eine ideale flache Ebene kalibriert, die sich in dem Arbeitsbereich erstreckt. Zum Beispiel kann ein Verfahren zur Kalibrierung, wie in WO 2019/161886 A1 oder EP 2-961-549 A1 beschrieben, verwendet werden. Diese Kalibrierung kann bereits eine ziemlich gute Kalibrierung für die Position eines oder mehrerer von dem Bestrahlungssystem emittierter Bestrahlungsstrahlen bereitstellen. Der Schritt des Kalibrierens kann z. B. ausgeführt werden, bevor die Pulverschicht auf den Arbeitsbereich aufgebracht wird und insbesondere, bevor eine erste Pulverschicht auf den Arbeitsbereich aufgebracht wird. Der Schritt des Kalibrierens kann jedoch auch nach dem Aufbringen der Pulverschicht ausgeführt werden, z. B. durch Bestrahlen eines Abschnitts des Arbeitsbereichs, der nicht für das Werkstück verwendet wird. Ferner können während des Kalibrierungsschritts ein oder mehrere erfassbare Bereiche, Sensoren oder Kalibrierfolien bestrahlt werden, die nicht innerhalb des Arbeitsbereichs bereitgestellt werden, sondern neben ihm, z. B. in einem unteren Bereich der Prozesskammer.In this calibration step, the irradiation beam is calibrated with respect to an ideal flat plane extending in the working area. For example, a calibration method as in WO 2019/161886 A1 or EP 2-961-549 A1 This calibration can already provide a fairly good calibration for the position of one or more irradiation beams emitted by the irradiation system. The calibration step can, for example, be carried out before the powder layer is applied to the work area and in particular before a first powder layer is applied to the work area. However, the calibration step can also be carried out after the powder layer has been applied, for example by irradiating a portion of the work area that is not used for the workpiece. Furthermore, during the calibration step, one or more detectable areas, sensors or calibration foils can be irradiated that are not provided within the work area but next to it, for example in a lower area of the process chamber.

Somit kann für das hierin beschriebene Verfahren vorausgesetzt werden, dass eine Kalibrierung (erster Ordnung) bereits im Hinblick auf eine horizontale Ebene im Arbeitsbereich ausgeführt wurde. Die Bestrahlungsstrahlen sind daher bereits in einem gewissen Grad kalibriert und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung stellt eine Verfeinerung dieser Kalibrierung (erster Ordnung) bereit. Ferner kann der Schritt des Kalibrierens für alle N Schichten ausgeführt werden (N kann zum Beispiel 1, 2, 3, 4 oder 5 sein) und das Verfahren des ersten Aspekts kann für jede Schicht aus Rohmaterialpulver ausgeführt werden, das auf den Arbeitsbereich aufgebracht wird. Somit kann zum Beispiel ein Drift, der z. B. durch thermische Auswirkungen verursacht wird, durch die Kalibrierung im Hinblick auf die horizontale Ebene kompensiert werden, und Unregelmäßigkeiten in der Pulverschicht können durch das Verfahren des ersten Aspekts kompensiert werden.Thus, for the method described herein, it can be assumed that a calibration (first order) has already been carried out with respect to a horizontal plane in the work area. The irradiation beams are therefore already calibrated to a certain degree and the method of the present disclosure provides a refinement of this calibration (first order). Furthermore, the step of calibrating can be carried out for all N layers (N can be e.g. 1, 2, 3, 4 or 5) and the method of the first aspect can be carried out for each layer of raw material powder applied to the work area. Thus, for example, a drift caused e.g. by thermal effects can be compensated by the calibration with respect to the horizontal plane and irregularities in the powder layer can be compensated by the method of the first aspect.

Die Topographie kann über ein Streifenlichtprojektionsverfahren gemessen werden.The topography can be measured using a stripe projection method.

Ein Streifenlichtmuster kann auf die Pulverschicht projiziert werden und kann von einer oder mehreren Kameras, insbesondere aus unterschiedlichen Winkeln, betrachtet werden. Diese Technik kann auch als 3D-Scannen bezeichnet werden. Insbesondere kann ein Projektor ein Streifenlichtmuster auf die Pulverschicht projizieren, und zwei Kameras können das resultierende Muster aus unterschiedlichen Winkeln betrachten. Basierend auf den erzeugten Kamerabildern kann die Topographie der Werkstückschicht berechnet werden. Diese Technik ist dem Fachmann bekannt. Die zum Messen der Topographie verwendete Vorrichtung kann auch als Strukturlicht-3D-Scanner bezeichnet werden.A stripe light pattern can be projected onto the powder layer and can be viewed by one or more cameras, in particular from different angles. This technique can also be referred to as 3D scanning. In particular, a projector can project a stripe light pattern onto the powder layer and two cameras can view the resulting pattern from different angles. Based on the camera images generated, the topography of the workpiece layer can be calculated. This technique is known to those skilled in the art. The device used to measure the topography can also be referred to as a structured light 3D scanner.

Weitere Verfahren zum Messen der Topographie der Pulverschicht, die in dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung angewendet werden können, können mindestens eines von Linienscannen, optischer Kohärenztomographie und Lasertriangulation umfassen. Diese Verfahren sind dem Fachmann bekannt.Other methods for measuring the topography of the powder layer that may be used in the method of the present disclosure may include at least one of line scanning, optical coherence tomography, and laser triangulation. These methods are known to those skilled in the art.

Das Verfahren kann ferner das Bestimmen einer vordefinierten lateralen Position umfassen, in der der Bestrahlungsstrahl auf die Pulverschicht auftreffen soll. Der laterale Korrekturwert kann so bestimmt werden, dass der Bestrahlungsstrahl an der vordefinierten lateralen Position auf die Pulverschicht trifft.The method may further comprise determining a predefined lateral position at which the irradiation beam is to impinge on the powder layer. The lateral correction value may be determined such that the irradiation beam impinges on the powder layer at the predefined lateral position.

Die vordefinierte laterale Position kann über x- und y-Koordinaten im Arbeitsbereich angegeben werden. Aufgrund einer Topographie der Pulverschicht trifft der Bestrahlungsstrahl nicht auf die vordefinierte laterale Position auf, wenn er dorthin gerichtet ist, selbst wenn eine Kalibrierung im Hinblick auf eine ideale horizontale Ebene ausgeführt wurde. Zum Beispiel muss in dem Fall, dass eine Dicke der Rohmaterialpulverschicht größer als erwartet ist (aufgrund der Kalibrierung im Hinblick auf die horizontale Ebene), ein Ablenkwinkel (d. h. eine Ablenkung von der senkrechten Strahlung) des Laserstrahls erhöht werden, um auf die gewünschte x-y-Stelle zu treffen. In dem Fall, dass eine Dicke der Rohmaterialpulverschicht kleiner als erwartet ist (aufgrund der Kalibrierung im Hinblick auf die horizontale Ebene), ein Ablenkwinkel (d. h. eine Ablenkung von der senkrechten Strahlung) des Laserstrahls verringert werden, um auf die gewünschte x-y-Stelle zu treffen. Diese Berechnungen können von einer Steuereinheit der Vorrichtung zur additiven Fertigung ausgeführt werden. Es handelt sich um standardmäßige geometrische Berechnungen, die dem Fachmann bekannt sind und daher hierin nicht im Detail beschrieben werden.The predefined lateral position may be specified via x and y coordinates in the workspace. Due to a topography of the powder layer, the irradiation beam does not hit the predefined lateral position when directed there, even if a calibration has been performed with respect to an ideal horizontal plane. For example, in case a thickness of the raw material powder layer is larger than expected (due to the calibration with respect to the horizontal plane), a deflection angle (i.e., a deflection from the perpendicular radiation) of the laser beam needs to be increased to hit the desired x-y location. In case a thickness of the raw material powder layer is smaller than expected (due to the calibration with respect to the horizontal plane), a deflection angle (i.e., a deflection from the perpendicular radiation) of the laser beam needs to be decreased to hit the desired x-y location. These calculations may be performed by a control unit of the additive manufacturing apparatus. These are standard geometric calculations known to those skilled in the art and are therefore not described in detail here.

Der laterale Korrekturwert kann so bestimmt werden, dass der Bestrahlungsstrahl an einer lateralen Position, die einer lateralen Position eines Schnittpunkts des Bestrahlungsstrahls ohne den lateralen Korrekturwert und einer horizontalen Ebene im Arbeitsbereich entspricht, auf die Pulverschicht auftrifft.The lateral correction value can be determined such that the irradiation beam strikes the powder layer at a lateral position corresponding to a lateral position of an intersection point of the irradiation beam without the lateral correction value and a horizontal plane in the working area.

Somit kann ein imaginärer Schnittpunkt (in x-y-Richtung) der horizontalen Ebene mit dem Bestrahlungsstrahl berücksichtigt werden. Dieser Schnittpunkt kann x-y-Bestrahlungsdaten entsprechen, die in Bestrahlungsdaten für das jeweilige Werkstück angegeben sind. Der laterale Korrekturwert kann so berechnet werden, dass der tatsächliche Bestrahlungsstrahl (d. h. der Bestrahlungsstrahl, auf den der Korrekturwert angewendet wird) auf die (reale) Pulverschicht exakt in dieser (gewünschten) lateralen Position auftrifft.Thus, an imaginary intersection point (in x-y direction) of the horizontal plane with the irradiation beam can be taken into account. This intersection point can correspond to x-y irradiation data specified in irradiation data for the respective workpiece. The lateral correction value can be calculated so that the actual irradiation beam (i.e. the irradiation beam to which the correction value is applied) hits the (real) powder layer exactly in this (desired) lateral position.

Das Verfahren kann ferner basierend auf der gemessenen Topographie mindestens einen weiteren lateralen Korrekturwert für einen weiteren Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems bestimmen und den weiteren lateralen Korrekturwert auf weitere Scandaten anwenden, die von dem Bestrahlungssystem zum Scannen des weiteren Bestrahlungsstrahls über den Arbeitsbereich verwendet werden.The method may further determine, based on the measured topography, at least one further lateral correction value for a further Determine the irradiation beam of the irradiation system and apply the additional lateral correction value to additional scan data used by the irradiation system to scan the additional irradiation beam across the work area.

Alle vorstehend im Hinblick auf das Bestimmen des lateralen Korrekturwerts für den Bestrahlungsstrahl beschriebenen Details und Aspekte können entsprechend des Bestimmens des weiteren lateralen Korrekturwerts für den weiteren Bestrahlungsstrahl gelten.All details and aspects described above with regard to determining the lateral correction value for the irradiation beam can apply accordingly to determining the further lateral correction value for the further irradiation beam.

Der laterale Korrekturwert und der weitere laterale Korrekturwert können so bestimmt werden, dass der Bestrahlungsstrahl und der weitere Bestrahlungsstrahl den gleichen Punkt auf der Pulverschicht bestrahlen, wenn der Bestrahlungsstrahl ohne den lateralen Korrekturwert und der weitere Bestrahlungsstrahl ohne den weiteren lateralen Korrekturwert den gleichen Punkt auf einer horizontalen Ebene im Arbeitsbereich bestrahlen würden.The lateral correction value and the further lateral correction value can be determined such that the irradiation beam and the further irradiation beam irradiate the same point on the powder layer if the irradiation beam without the lateral correction value and the further irradiation beam without the further lateral correction value would irradiate the same point on a horizontal plane in the working area.

Das Verfahren kann ferner das Bestrahlen einer ersten Struktur in die Pulverschicht unter Verwendung des Bestrahlungsstrahls umfassen, wobei eine zweite Struktur unter Verwendung des weiteren Bestrahlungsstrahls in die Pulverschicht gestrahlt wird, wobei eine laterale Position der ersten Struktur und eine laterale Position der zweiten Struktur bestimmt werden, und basierend auf der gemessenen Topographie der lateralen Position der ersten Struktur und der lateralen Position der zweiten Struktur mindestens einer des mindestens einen lateralen Korrekturwerts und des mindestens einen weiteren Korrekturwerts bestimmt werden.The method may further comprise irradiating a first structure into the powder layer using the irradiation beam, wherein a second structure is irradiated into the powder layer using the further irradiation beam, wherein a lateral position of the first structure and a lateral position of the second structure are determined, and based on the measured topography of the lateral position of the first structure and the lateral position of the second structure, at least one of the at least one lateral correction value and the at least one further correction value is determined.

Auf diese Weise kann sowohl eine Kalibrierung im Hinblick auf den Arbeitsbereich als auch eine Kalibrierung im Hinblick auf die Topographie der Pulverschicht ausgeführt werden, z. B. im Wesentlichen zur gleichen Zeit. Die erste und die zweite Struktur bestehen nicht notwendigerweise aus einem Schmelzbad an den bestrahlten Abschnitten. Es kann ausreichend sein, dass die Strukturen entweder während der Bestrahlung oder kurz danach sichtbar sind, z. B. mit einer Kamera.In this way, both a calibration with respect to the working area and a calibration with respect to the topography of the powder layer can be carried out, e.g. essentially at the same time. The first and the second structure do not necessarily consist of a melt pool at the irradiated sections. It may be sufficient that the structures are visible either during irradiation or shortly thereafter, e.g. with a camera.

In dieser Hinsicht kann sich der Begriff Struktur auch auf Bestrahlung beziehen, die während oder innerhalb eines Zeitraums nach der Exposition durch den Bestrahlungsstrahl erfasst werden kann, was jedoch nicht zu permanenten Veränderungen des freiliegenden Materials führt. Mit anderen Worten kann die Struktur eine rein „optische“ Struktur sein, die aufgrund von Streulicht während der Bestrahlung sichtbar ist, aber nach der Bestrahlung unsichtbar ist. In dem Fall, dass es ausreichend ist, dass die zwei Bestrahlungsstrahlen zueinander kalibriert sind (d. h. nur relativ und nicht absolut), kann es ausreichend sein, nur einen des lateralen Korrekturwerts und des weiteren lateralen Korrekturwerts zu bestimmen. Im Fall, dass eine absolute Kalibrierung (d. h. im Hinblick auf das Koordinatensystem der Vorrichtung, mit anderen Worten, im Hinblick auf den Arbeitsbereich) gewünscht wird, können sowohl der laterale Korrekturwert als auch der weitere laterale Korrekturwert bestimmt werden.In this respect, the term structure may also refer to irradiation that can be detected during or within a period of time after exposure to the irradiation beam, but which does not result in permanent changes to the exposed material. In other words, the structure may be a purely "optical" structure that is visible due to scattered light during irradiation, but is invisible after irradiation. In case it is sufficient that the two irradiation beams are calibrated to each other (i.e. only relatively and not absolutely), it may be sufficient to determine only one of the lateral correction value and the further lateral correction value. In case an absolute calibration (i.e. with respect to the coordinate system of the device, in other words with respect to the working area) is desired, both the lateral correction value and the further lateral correction value may be determined.

Das Verfahren kann für eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Pulverschichten ausgeführt werden.The process can be carried out for a plurality of successive powder layers.

Insbesondere kann das Verfahren für jede Pulverschicht ausgeführt werden, die für das zu erzeugende Werkstück (d. h. jede Pulverschicht des Aufbauauftrags) aufgebracht und bestrahlt wird. Das Verfahren kann jedoch auch für jede M-Schicht ausgeführt werden, wobei M zum Beispiel 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 sein kann.In particular, the method can be carried out for each powder layer that is applied and irradiated for the workpiece to be produced (i.e. each powder layer of the build-up application). However, the method can also be carried out for each M layer, where M can be, for example, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10.

Der mindestens eine laterale Korrekturwert kann basierend auf der gemessenen Topographie der aufgebrachten Pulverschicht und basierend auf einer gemessenen Topographie einer zuvor aufgebrachten Pulverschicht bestimmt werden.The at least one lateral correction value can be determined based on the measured topography of the applied powder layer and based on a measured topography of a previously applied powder layer.

Somit kann nicht nur die Topographie der aktuellen Schicht, sondern auch eine Topographie einer darunterliegenden Schicht berücksichtigt werden, da die Topographie der darunterliegenden Schicht Einfluss auf eine Höhe der erstarrten Strukturen der aktuellen Schicht haben kann.Thus, not only the topography of the current layer, but also a topography of an underlying layer can be taken into account, since the topography of the underlying layer can influence a height of the solidified structures of the current layer.

Das Verfahren kann ferner basierend auf der gemessenen Topographie mindestens einen vertikalen Korrekturwert für den Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems bestimmen und den vertikalen Korrekturwert auf eine Fokussieroptik des Bestrahlungssystems anwenden.The method may further determine at least one vertical correction value for the irradiation beam of the irradiation system based on the measured topography and apply the vertical correction value to a focusing optics of the irradiation system.

Mit anderen Worten kann nicht nur eine laterale Position korrigiert werden, sondern auch eine Fokusposition des Bestrahlungsstrahls. Zum Beispiel kann eine Fokuslänge reduziert werden, falls das topologische Profil höher ist und/oder eine tatsächliche Pulverschicht wie erwartet dicker ist, z. B. nur an lateralen Positionen, wo dies der Fall ist (Höcker). In ähnlicher Weise kann eine Fokuslänge an lateralen Positionen erhöht werden, wenn die Topographie Dellen umfasst.In other words, not only a lateral position can be corrected, but also a focus position of the irradiation beam. For example, a focus length can be reduced if the topological profile is higher and/or an actual powder layer is thicker as expected, e.g. only at lateral positions where this is the case (humps). Similarly, a focus length can be increased at lateral positions if the topography includes dents.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zur additiven Fertigung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst ein Bestrahlungssystem, das konfiguriert ist, um mindestens einen Bestrahlungsstrahl auf einen Arbeitsbereich der Vorrichtung einzustrahlen, eine Pulverauftragsvorrichtung, die für eine Pulverschicht auf dem Arbeitsbereich der Vorrichtung konfiguriert ist, eine Topographiemessvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Topographie mindestens eines Abschnitts der Pulverschicht zu messen, und eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist konfiguriert, um, basierend auf der gemessenen Topographie, mindestens einen weiteren lateralen Korrekturwert für einen weiteren Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems zu bestimmen und den weiteren lateralen Korrekturwert auf Scandaten anzuwenden, die von dem Bestrahlungssystem zum Scannen des Bestrahlungsstrahls über den Arbeitsbereich verwendet werden.According to a second aspect, a device for additive manufacturing is provided. The device comprises an irradiation system configured to irradiate at least one irradiation beam onto a working area of the device, a powder application device configured to apply a powder layer onto the working area of the device, and a direction, a topography measuring device configured to measure a topography of at least a portion of the powder layer, and a control unit. The control unit is configured to determine, based on the measured topography, at least one further lateral correction value for a further irradiation beam of the irradiation system and to apply the further lateral correction value to scan data used by the irradiation system to scan the irradiation beam across the work area.

Alle vorstehenden Aspekte und Details, die im Hinblick auf den Verfahrensaspekt (erster Aspekt) erörtert wurden, können auf den Vorrichtungsaspekt angewendet werden. Insbesondere kann die Vorrichtung des zweiten Aspekts konfiguriert sein, um das Verfahren des ersten Aspekts durchzuführen, wobei eines oder mehrere der vorstehend im Hinblick auf den Verfahrensaspekt erörterten Details implementiert sind.All of the above aspects and details discussed with respect to the method aspect (first aspect) may be applied to the apparatus aspect. In particular, the apparatus of the second aspect may be configured to perform the method of the first aspect, implementing one or more of the details discussed above with respect to the method aspect.

Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, um eine laterale Position des Bestrahlungsstrahls im Hinblick auf eine horizontale Ebene im Arbeitsbereich zu kalibrieren.The control unit may be configured to calibrate a lateral position of the irradiation beam with respect to a horizontal plane in the work area.

Die Topographiemessvorrichtung kann konfiguriert sein, um die Topographie über ein Streifenlichtprojektionsverfahren zu messen.The topography measuring device may be configured to measure the topography via a strip light projection method.

Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, um eine vordefinierte laterale Position zu bestimmen, in der der Bestrahlungsstrahl auf die Pulverschicht auftreffen soll. Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, um den lateralen Korrekturwert so zu bestimmen, dass der Bestrahlungsstrahl an der vordefinierten lateralen Position auf die Pulverschicht trifft.The control unit can be configured to determine a predefined lateral position at which the irradiation beam is to impinge on the powder layer. The control unit can be configured to determine the lateral correction value such that the irradiation beam impinges on the powder layer at the predefined lateral position.

Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, um den lateralen Korrekturwert derart zu bestimmen, dass der Bestrahlungsstrahl an einer lateralen Position, die einer lateralen Position eines Schnittpunkts des Bestrahlungsstrahls ohne den lateralen Korrekturwert und einer horizontalen Ebene im Arbeitsbereich entspricht, auf die Pulverschicht auftrifft.The control unit may be configured to determine the lateral correction value such that the irradiation beam impinges on the powder layer at a lateral position corresponding to a lateral position of an intersection point of the irradiation beam without the lateral correction value and a horizontal plane in the working area.

Die Steuereinheit kann ferner konfiguriert sein, um, basierend auf der gemessenen Topographie, mindestens einen weiteren lateralen Korrekturwert für einen weiteren Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems zu bestimmen und den weiteren lateralen Korrekturwert auf weitere Scandaten anzuwenden, die von dem Bestrahlungssystem zum Scannen des weiteren Bestrahlungsstrahls über den Arbeitsbereich verwendet werden.The control unit may be further configured to determine, based on the measured topography, at least one further lateral correction value for a further irradiation beam of the irradiation system and to apply the further lateral correction value to further scan data used by the irradiation system to scan the further irradiation beam across the work area.

Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, um den lateralen Korrekturwert und den weiteren lateralen Korrekturwert so zu bestimmen, dass der Bestrahlungsstrahl und der weitere Bestrahlungsstrahl den gleichen Punkt auf der Pulverschicht bestrahlen, wenn der Bestrahlungsstrahl ohne den lateralen Korrekturwert und der weitere Bestrahlungsstrahl ohne den weiteren lateralen Korrekturwert den gleichen Punkt auf einer horizontalen Ebene im Arbeitsbereich bestrahlen würden.The control unit can be configured to determine the lateral correction value and the further lateral correction value such that the irradiation beam and the further irradiation beam irradiate the same point on the powder layer if the irradiation beam without the lateral correction value and the further irradiation beam without the further lateral correction value would irradiate the same point on a horizontal plane in the work area.

Die Steuereinheit kann ferner konfiguriert sein, um das Bestrahlungssystem zu steuern, um eine erste Struktur in die Pulverschicht unter Verwendung des Bestrahlungsstrahls einzustrahlen, um das Bestrahlungssystem zu steuern, um eine zweite Struktur unter Verwendung des weiteren Bestrahlungsstrahls in die Pulverschicht einzustrahlen, eine laterale Position der ersten Struktur und eine laterale Position der zweiten Struktur zu bestimmen, und, basierend auf der gemessenen Topographie, der lateralen Position der ersten Struktur und der lateralen Position der zweiten Struktur mindestens eines des mindestens einen lateralen Korrekturwerts und des mindestens einen weiteren Korrekturwerts zu bestimmen.The control unit may be further configured to control the irradiation system to irradiate a first structure into the powder layer using the irradiation beam, to control the irradiation system to irradiate a second structure into the powder layer using the further irradiation beam, to determine a lateral position of the first structure and a lateral position of the second structure, and, based on the measured topography, the lateral position of the first structure and the lateral position of the second structure, to determine at least one of the at least one lateral correction value and the at least one further correction value.

Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, um den mindestens einen lateralen Korrekturwert basierend auf der gemessenen Topographie der aufgebrachten Pulverschicht und basierend auf einer gemessenen Topographie einer zuvor aufgebrachten Pulverschicht zu bestimmen.The control unit may be configured to determine the at least one lateral correction value based on the measured topography of the applied powder layer and based on a measured topography of a previously applied powder layer.

Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, um, basierend auf der gemessenen Topographie, mindestens einen vertikalen Korrekturwert für den Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems zu bestimmen und den vertikalen Korrekturwert auf eine Fokussieroptik des Bestrahlungssystems anzuwenden.The control unit may be configured to determine, based on the measured topography, at least one vertical correction value for the irradiation beam of the irradiation system and to apply the vertical correction value to a focusing optics of the irradiation system.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen ausführlicher beschrieben, wobei

  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur additiven Fertigung mit einem Bestrahlungssystem zeigt, das konfiguriert ist, um einen Laserstrahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu emittieren;
  • 2 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur additiven Fertigung mit einem Bestrahlungssystem zeigt, das konfiguriert ist, um zwei Laserstrahlen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu emittieren;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Pulverschichttopographie, basierend darauf, welche Ausführungsform des Verfahrens zur Kalibrierung gemäß der vorliegenden Offenbarung erläutert wird, zeigt;
  • 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
  • 5 eine Steuereinheit der Vorrichtung mit Modulen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Preferred embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying schematic drawings, in which
  • 1 shows a schematic side view of an additive manufacturing apparatus with an irradiation system configured to emit a laser beam according to an embodiment of the present disclosure;
  • 2 shows a schematic side view of an additive manufacturing apparatus with an irradiation system configured to emit two laser beams according to an embodiment of the present disclosure;
  • 3 a schematic representation of a powder layer topography, based on which embodiment of the method for calibration ization according to the present disclosure;
  • 4 shows a flowchart of a method according to an embodiment of the present disclosure; and
  • 5 shows a control unit of the device with modules according to an embodiment of the present disclosure.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur additiven Fertigung. Die Vorrichtung 10 kann auch als eine Vorrichtung 10 zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks 12 bezeichnet werden. Die Vorrichtung 10 kann z. B. auf einer typischen additiven Fertigungsvorrichtung basieren, wobei das Verfahren zur Kalibrierung des Bestrahlungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung in eine Steuereinheit 40 der Vorrichtung 10 programmiert ist. Ferner können zusätzliche Komponenten wie eine dreidimensionale Scanvorrichtung 28a, 28b, 29 und optional Kalibrierungssensoren 42 bereitgestellt werden. 1 shows a schematic representation of a device 10 for additive manufacturing. The device 10 can also be referred to as a device 10 for producing a three-dimensional workpiece 12. The device 10 can, for example, be based on a typical additive manufacturing device, wherein the method for calibrating the irradiation system according to the present disclosure is programmed into a control unit 40 of the device 10. Furthermore, additional components such as a three-dimensional scanning device 28a, 28b, 29 and optionally calibration sensors 42 can be provided.

Die Prinzipien der Vorrichtung 10 sind dem Fachmann auf dem Gebiet der additiven Fertigung gut bekannt und werden nur kurz beschrieben. Zum Beispiel kann eine solche Vorrichtung 10 eine Vorrichtung zum selektiven Laserschmelzen oder eine Vorrichtung zum selektiven Lasersintern sein, wobei ein oder mehrere Laserstrahlen 14 zum selektiven Bestrahlen und Verfestigen nachfolgender Schichten aus Rohmaterialpulver verwendet werden können.The principles of the apparatus 10 are well known to those skilled in the art of additive manufacturing and will be described only briefly. For example, such an apparatus 10 may be a selective laser melting apparatus or a selective laser sintering apparatus, wherein one or more laser beams 14 may be used to selectively irradiate and solidify subsequent layers of raw material powder.

Die Vorrichtung 10 zum Durchführen eines Prozesses des selektiven Laserschmelzens, wie nachstehend beschrieben, kann als Beispiel dienen. Typische Merkmale der Pulverbettfusion sind, dass ein Rohmaterialpulver schichtweise aufgebracht wird und jede Schicht selektiv bestrahlt und verfestigt wird, um eine Schicht eines herzustellenden Werkstücks 12 zu erzeugen. Nach dem Entfernen von überschüssigem Pulver und nach optionalen Schritten der Nachverarbeitung (z. B. Entfernen einer oder mehrerer Stützstrukturen) wird das endgültige Werkstück 12 erhalten.The apparatus 10 for performing a selective laser melting process as described below may serve as an example. Typical features of powder bed fusion are that a raw material powder is applied layer by layer and each layer is selectively irradiated and solidified to produce a layer of a workpiece 12 to be manufactured. After removal of excess powder and optional post-processing steps (e.g. removal of one or more support structures), the final workpiece 12 is obtained.

1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks 12 durch selektives Laserschmelzen. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Prozesskammer 16. Die Prozesskammer 16 ist gegen die Umgebungsatmosphäre, d. h., gegen die Umgebung, die die Prozesskammer 16 umgibt, verschließbar. 1 shows a device 10 for producing a three-dimensional workpiece 12 by selective laser melting. The device 10 comprises a process chamber 16. The process chamber 16 can be closed off from the ambient atmosphere, ie from the environment surrounding the process chamber 16.

Eine Pulverauftragsvorrichtung 18, die in der Prozesskammer 16 angeordnet ist, dient zum Aufbringen eines Rohmaterialpulvers auf einen Träger 20. Zu diesem Zweck kann die Pulverauftragsvorrichtung 18 eine Walze und/oder eine Rakel und/oder einen Rohmaterialtrichter umfassen. Die Pulverauftragsvorrichtung 18 ist konfiguriert, um eine im Wesentlichen gleichmäßige Schicht aus Rohmaterial auf eine zuvor aufgebrachte und bestrahlte Schicht aus Rohmaterial aufzubringen. In diesem Zusammenhang bedeutet gleichmäßig, dass die Schicht eine gleichmäßige Dicke aufweisen sollte. Wie nachstehend erörtert, kann dies in realen Situationen, insbesondere im Hinblick auf kleine lokale Variationen der Dicke der Schicht, jedoch nicht gewährleistet werden. Die Schichtdicke kann z. B. durch vertikale Positionierung der Pulverauftragsvorrichtung 18 und/oder des Trägers 20 gewählt werden.A powder application device 18 arranged in the process chamber 16 serves to apply a raw material powder to a carrier 20. For this purpose, the powder application device 18 may comprise a roller and/or a doctor blade and/or a raw material hopper. The powder application device 18 is configured to apply a substantially uniform layer of raw material to a previously applied and irradiated layer of raw material. In this context, uniform means that the layer should have a uniform thickness. However, as discussed below, this cannot be guaranteed in real situations, in particular with regard to small local variations in the thickness of the layer. The layer thickness can be selected, for example, by vertically positioning the powder application device 18 and/or the carrier 20.

Ein Arbeitsbereich 21 ist durch eine Größe der Grundfläche des Trägers 20 definiert. Der Arbeitsbereich 21 ist bündig mit dem unteren Bereich der Prozesskammer 16 und ist definiert als der Bereich, in dem der Pulverauftrag mit der Pulverauftragsvorrichtung 18 ausgeführt wird und in dem eine oberste Rohmaterialschicht mit einem oder mehreren Laserstrahlen 14 bestrahlt wird.A working area 21 is defined by a size of the base area of the carrier 20. The working area 21 is flush with the lower area of the process chamber 16 and is defined as the area in which the powder application is carried out with the powder application device 18 and in which an uppermost raw material layer is irradiated with one or more laser beams 14.

Die Pulverauftragsvorrichtung 18 erstreckt sich in y-Richtung mindestens über den gesamten Arbeitsbereich 21, so dass sie Schichten aus Rohmaterialpulver „in einem Durchgang“ beschichten kann. Hierzu ist eine Horizontalbewegungsvorrichtung vorgesehen, die konfiguriert ist, um die Pulverauftragsvorrichtung 18 in einer horizontalen Richtung, d. h. in x-Richtung gemäß 1, zu bewegen.The powder application device 18 extends in the y-direction at least over the entire working area 21, so that it can coat layers of raw material powder "in one pass". For this purpose, a horizontal movement device is provided which is configured to move the powder application device 18 in a horizontal direction, ie in the x-direction according to 1 , to move.

Eine Vertikalbewegungseinheit 22 ist vorgesehen, sodass der Träger 20 in einer vertikalen Richtung verschoben werden kann, sodass mit zunehmender Aufbauhöhe des Werkstücks 12, wenn es in Schichten aus dem Rohmaterialpulver auf dem Träger 20 aufgebaut wird, der Träger 20 in vertikaler Richtung nach unten bewegt werden kann.A vertical movement unit 22 is provided so that the carrier 20 can be displaced in a vertical direction so that as the build-up height of the workpiece 12 increases when it is built up in layers from the raw material powder on the carrier 20, the carrier 20 can be moved downward in the vertical direction.

Da die Beweglichkeit des Trägers 20 mittels der Vertikalbewegungseinheit 22 im Bereich des selektiven Laserschmelzens gut bekannt ist, wird sie hierin nicht näher erläutert. Alternativ zu dem beweglichen Träger 20 kann der Träger 20 als stationärer (oder fester) Träger (insbesondere in Bezug auf die vertikale z-Richtung) bereitgestellt werden, wobei die Bestrahlungsvorrichtung 24 (siehe unten) und die Prozesskammer 16 konfiguriert sind, um während des Aufbauprozesses nach oben bewegt zu werden (d. h., mit zunehmender Aufbauhöhe des Werkstücks 12). Ferner können sowohl der Träger 20 als auch die Bestrahlungsvorrichtung 24 entlang der z-Richtung einzeln beweglich sein.Since the mobility of the carrier 20 by means of the vertical movement unit 22 is well known in the field of selective laser melting, it will not be explained in more detail here. Alternatively to the movable carrier 20, the carrier 20 can be provided as a stationary (or fixed) carrier (in particular with respect to the vertical z-direction), wherein the irradiation device 24 (see below) and the process chamber 16 are configured to be moved upwards during the build process (i.e., with increasing build height of the workpiece 12). Furthermore, both the carrier 20 and the irradiation device 24 can be individually movable along the z-direction.

Eine Trägeroberfläche des Trägers 20 definiert eine horizontale Ebene (eine x-y-Ebene), wobei eine Richtung senkrecht zu der Ebene als eine vertikale Richtung oder Aufbaurichtung (z-Richtung) definiert ist. Somit erstrecken sich jede oberste Schicht aus Rohmaterialpulver und jede Schicht des Werkstücks 12 in einer Ebene parallel zu der vorstehend definierten horizontalen Ebene (x-y-Ebene). Wie vorstehend definiert, erstreckt sich auch der Arbeitsbereich 21 in einer Ebene parallel zur horizontalen Ebene (x-y-Ebene).A support surface of the support 20 defines a horizontal plane (an xy plane), wherein a direction perpendicular to the plane is defined as a vertical direction or build direction (z direction). Thus, each uppermost layer of raw material powder and each layer of the workpiece 12 in a plane parallel to the horizontal plane (xy plane) defined above. As defined above, the work area 21 also extends in a plane parallel to the horizontal plane (xy plane).

Die Vorrichtung 10 umfasst ferner einen Gaseinlass 26 zum Zuführen eines Inertgases (z. B. Argon) in die Prozesskammer 16. Ferner kann ein Gasauslass (nicht gezeigt) derart bereitgestellt sein, dass ein kontinuierlicher Strom von Gas durch die Prozesskammer 16 durch Implementierung eines Gaskreislaufs erzeugt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform wird über die oberste Rohmaterialpulverschicht entlang der x-Richtung ein unidirektionaler laminarer Strom erzeugt.The device 10 further comprises a gas inlet 26 for supplying an inert gas (e.g. argon) into the process chamber 16. Furthermore, a gas outlet (not shown) can be provided such that a continuous flow of gas can be generated through the process chamber 16 by implementing a gas circuit. In a preferred embodiment, a unidirectional laminar flow is generated across the top raw material powder layer along the x-direction.

Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Bestrahlungsvorrichtung 24 (auch als Bestrahlungseinheit oder optische Einheit bezeichnet) zum selektiven Ausstrahlen des Laserstrahls 14 auf die oberste Schicht aus Rohmaterialpulver, die auf den Träger 20 aufgebracht wird. Mittels der Bestrahlungsvorrichtung 24 kann das auf den Träger 20 aufgebrachte Rohmaterialpulver ortsselektiv in Abhängigkeit von der gewünschten Geometrie des herzustellenden Werkstücks 12 einer Laserstrahlung ausgesetzt werden.The device 10 further comprises an irradiation device 24 (also referred to as irradiation unit or optical unit) for selectively emitting the laser beam 14 onto the uppermost layer of raw material powder that is applied to the carrier 20. By means of the irradiation device 24, the raw material powder applied to the carrier 20 can be exposed to laser radiation in a location-selective manner depending on the desired geometry of the workpiece 12 to be produced.

In der vorliegenden Ausführungsform kann ein Bestrahlungssystem aus der einen Bestrahlungsvorrichtung 24 bestehend definiert sein, die konfiguriert ist, um einen Laserstrahl 14 zu emittieren. Wie z. B. in 2 gezeigt, kann ein Bestrahlungssystem der Vorrichtung 10 jedoch zwei oder mehr Bestrahlungsvorrichtungen 24 (genauer 24a, 24b) umfassen, wobei jede Bestrahlungsvorrichtung konfiguriert ist, um einen Laserstrahl 14 zu emittieren. Die vorliegende Technik ist daher nicht auf eine Vorrichtung beschränkt, die nur eine Bestrahlungsvorrichtung 24 aufweist, sondern es kann eine Mehrzahl von Bestrahlungsvorrichtungen (z. B. 2, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14 usw.) bereitgestellt werden.In the present embodiment, an irradiation system may be defined as consisting of the one irradiation device 24 configured to emit a laser beam 14. As in 2 However, as shown, an irradiation system of the apparatus 10 may include two or more irradiation devices 24 (more specifically, 24a, 24b), each irradiation device configured to emit a laser beam 14. The present technique is therefore not limited to an apparatus having only one irradiation device 24, but a plurality of irradiation devices (e.g., 2, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, etc.) may be provided.

Die Bestrahlungsvorrichtung 24 der Vorrichtung 10 von 1 umfasst eine Scaneinheit 30, die konfiguriert ist, um den Laserstrahl 14 selektiv auf das auf den Träger 20 aufgebrachte Rohmaterialpulver einzustrahlen. Die Scaneinheit 30 wird von einer Steuereinheit 40 der Vorrichtung 10 gesteuert. Die Scaneinheit 30 kann einen in Bezug auf zwei senkrechte Achsen kippbaren Spiegel umfassen. Alternativ kann die Scaneinheit 30 zwei kippbare Spiegel umfassen, die jeweils konfiguriert sind, um in Bezug auf eine entsprechende Achse geneigt zu werden. Die kippbaren Spiegel können z. B. Galvanometerspiegel sein.The irradiation device 24 of the device 10 of 1 comprises a scanning unit 30 configured to irradiate the laser beam 14 selectively onto the raw material powder applied to the carrier 20. The scanning unit 30 is controlled by a control unit 40 of the device 10. The scanning unit 30 may comprise a mirror tiltable with respect to two perpendicular axes. Alternatively, the scanning unit 30 may comprise two tiltable mirrors, each configured to be tilted with respect to a corresponding axis. The tiltable mirrors may be, for example, galvanometer mirrors.

Die Bestrahlungsvorrichtung 24 wird mit Laserstrahlung von einer Laserstrahlquelle 32 versorgt. Die Laserstrahlquelle 32 kann innerhalb der Bestrahlungsvorrichtung 24 oder außerhalb der Bestrahlungsvorrichtung 24 bereitgestellt werden, wie in 1 gezeigt. Im ersten Fall kann die Laserstrahlquelle 32 als Teil der Bestrahlungsvorrichtung 24 angesehen werden. Im letzteren Fall wird der Laserstrahl durch die Laserstrahlquelle 32 erzeugt und über eine Glasfaser 34 in die Bestrahlungsvorrichtung 24 geleitet. Alternativ kann der Laserstrahl durch die Luft oder durch ein Vakuum, z. B. unter Verwendung eines oder mehrerer Spiegel, in die Bestrahlungsvorrichtung 24 geleitet werden.The irradiation device 24 is supplied with laser radiation from a laser beam source 32. The laser beam source 32 can be provided inside the irradiation device 24 or outside the irradiation device 24, as in 1 In the first case, the laser beam source 32 can be considered as part of the irradiation device 24. In the latter case, the laser beam is generated by the laser beam source 32 and guided into the irradiation device 24 via a glass fiber 34. Alternatively, the laser beam can be guided into the irradiation device 24 through the air or through a vacuum, e.g. using one or more mirrors.

Von der Laserstrahlquelle 32 ist der Laserstrahl auf die Scaneinheit 30 gerichtet. Die Laserstrahlquelle 32 kann zum Beispiel einen diodengepumpten Ytterbium-Faserlaser umfassen, der Laserlicht bei einer Wellenlänge von etwa 1070 bis 1080 nm (d. h., im Infrarotwellenlängenbereich) emittiert.The laser beam is directed from the laser beam source 32 to the scanning unit 30. The laser beam source 32 may comprise, for example, a diode-pumped ytterbium fiber laser that emits laser light at a wavelength of about 1070 to 1080 nm (i.e., in the infrared wavelength range).

Die Bestrahlungsvorrichtung 24 umfasst ferner zwei Linsen 36 und 38, die konfiguriert sind, um den Laserstrahl 14 entlang der z-Achse auf eine gewünschte Fokusposition zu fokussieren. In der in 1 gezeigten Ausführungsform weisen beide Linsen 36 und 38 eine positive Brechkraft auf. Die Linse 38, die dem Strahlengang weiter vorgelagert ist, ist dazu konfiguriert, das von der Faser 34 emittierte Laserlicht derart zu kollimieren, dass ein kollimierter oder im Wesentlichen kollimierter Laserstrahl erzeugt wird. Die Linse 36 weiter stromabwärts des Strahlengangs ist konfiguriert, um den kollimierten (oder im Wesentlichen kollimierten) Laserstrahl auf eine gewünschte z-Position zu fokussieren.The irradiation device 24 further comprises two lenses 36 and 38 configured to focus the laser beam 14 along the z-axis to a desired focus position. In the 1 In the embodiment shown, both lenses 36 and 38 have a positive refractive power. The lens 38 further upstream of the beam path is configured to collimate the laser light emitted by the fiber 34 such that a collimated or substantially collimated laser beam is produced. The lens 36 further downstream of the beam path is configured to focus the collimated (or substantially collimated) laser beam to a desired z-position.

Die Steuereinheit 40 umfasst einen Prozessor und einen Speicher, wobei auf dem Speicher Anweisungen zum Steuern der einzelnen Komponenten der Vorrichtung 10 gespeichert sind. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 40 konfiguriert sein, um eine oder mehrere der Vertikalbewegungseinheit 22, der Pulverauftragsvorrichtung 18, eines von dem Gaseinlass 26 zugeführten Gasstroms und der Bestrahlungsvorrichtung 24 des Bestrahlungssystems zu steuern. Eine Benutzereingabe- und -ausgabeschnittstelle kann bereitgestellt und mit der Steuervorrichtung 40 verbunden oder verbindbar sein. Ferner weist die Steuereinheit 40 eine Schnittstelle zum Empfangen von Werkstückdaten auf, die für eine dreidimensionale Form des herzustellenden Werkstücks 12 repräsentativ sind.The control unit 40 includes a processor and a memory, with instructions for controlling the individual components of the device 10 being stored on the memory. For example, the control unit 40 may be configured to control one or more of the vertical movement unit 22, the powder application device 18, a gas stream supplied from the gas inlet 26, and the irradiation device 24 of the irradiation system. A user input and output interface may be provided and connected or connectable to the control device 40. Furthermore, the control unit 40 has an interface for receiving workpiece data representative of a three-dimensional shape of the workpiece 12 to be manufactured.

Die in den Figuren (1 und 2) angegebene Position der Steuereinheit 40 ist rein schematisch und nicht einschränkend. Die Steuereinheit 40 kann an jeder geeigneten Position der Vorrichtung 10 bereitgestellt sein und kann auch entfernt von der Vorrichtung 10 bereitgestellt sein (z. B. über ein Netzwerk wie LAN mit der Vorrichtung 10 verbunden). Die Steuereinheit 40 oder zumindest ein Teil der Steuereinheit 40 können in Form einer Cloud-Rechenvorrichtung bereitgestellt werden.The figures ( 1 and 2 ) is purely schematic and not limiting. The control unit 40 may be provided at any suitable position of the device 10 and may also be remote from the Device 10 may be provided (e.g. connected to device 10 via a network such as LAN). The control unit 40 or at least a portion of the control unit 40 may be provided in the form of a cloud computing device.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen eher gemeinsamen Elementen einer Vorrichtung zur additiven Fertigung umfasst die Vorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform die folgenden Elemente.In addition to the more common elements of an additive manufacturing apparatus described above, the apparatus 10 of the present embodiment includes the following elements.

Es wird eine dreidimensionale Scanvorrichtung 28a, 28b, 29 bereitgestellt, die einen Projektor 29 und zwei Kameras 28a und 28b umfasst. In alternativen Ausführungsformen kann die Anzahl der Projektoren und/oder Kameras variieren, z. B. können mehr als ein Projektor und mehr als zwei Kameras bereitgestellt werden. Ferner kann mindestens eines von der Kamera 28a, der Kamera 28b und dem Projektor beweglich sein. Ferner kann jede andere geeignete Vorrichtung zum Bestimmen einer Topographie einer Pulverschicht verwendet werden.A three-dimensional scanning device 28a, 28b, 29 is provided, which comprises a projector 29 and two cameras 28a and 28b. In alternative embodiments, the number of projectors and/or cameras may vary, e.g. more than one projector and more than two cameras may be provided. Furthermore, at least one of the camera 28a, the camera 28b and the projector may be movable. Furthermore, any other suitable device for determining a topography of a powder layer may be used.

Die dreidimensionale Scanvorrichtung arbeitet als ein Strukturlicht-3D-Scanner, dessen Betrieb dem Fachmann allgemein bekannt ist und der daher hierin nicht im Detail beschrieben wird. Der Projektor 29 ist konfiguriert, um ein Streifenmuster auf die Pulverschicht in dem Arbeitsbereich 21 zu projizieren, und die Kameras 28a und 28b erhalten ein Bild des Streifenmusters aus zwei unterschiedlichen Winkeln. Es ist zu beachten, dass die zwei unterschiedlichen Winkel nicht nur voneinander verschieden sind, sondern auch von einer optischen Achse des Projektors 29 verschieden sind. Basierend auf den zwei Bildern kann eine Topographie (auch als Höhenprofil bezeichnet) berechnet werden, zum Beispiel durch eine Steuereinheit der dreidimensionalen Scanvorrichtung (nicht gezeigt) oder durch die Steuereinheit 40 der Vorrichtung 10. Die gemessene Topographie kann in einem Speicher der Steuereinheit 40 gespeichert sein. Zum Beispiel kann die Topographie einen Höhenwert (Höhe entlang der z-Richtung) jedem x-y-Wert des Arbeitsbereichs 21 zuweisen, wobei die Anzahl der x-y-Werte durch eine Auflösung der dreidimensionalen Scanvorrichtung bestimmt werden kann.The three-dimensional scanning device operates as a structured light 3D scanner, the operation of which is well known to those skilled in the art and is therefore not described in detail herein. The projector 29 is configured to project a stripe pattern onto the powder layer in the work area 21, and the cameras 28a and 28b obtain an image of the stripe pattern from two different angles. Note that the two different angles are not only different from each other, but also different from an optical axis of the projector 29. Based on the two images, a topography (also referred to as a height profile) may be calculated, for example by a control unit of the three-dimensional scanning device (not shown) or by the control unit 40 of the device 10. The measured topography may be stored in a memory of the control unit 40. For example, the topography may assign a height value (height along the z-direction) to each x-y value of the work area 21, where the number of x-y values may be determined by a resolution of the three-dimensional scanning device.

Ferner umfasst die Vorrichtung 10 Kalibrierungssensoren 42, die in einem unteren Bereich der Prozesskammer 16 angeordnet sind, neben der obersten Schicht aus Rohmaterialpulver, d. h. neben dem Arbeitsbereich 21. Alternativ können nur ein Kalibrierungssensor 42 oder mehr als zwei Kalibrierungssensoren 42 bereitgestellt werden. Die Kalibrierungssensoren 42 können verwendet werden, um eine (absolute) Kalibrierung des Laserstrahls 14 im Hinblick auf ein Koordinatensystem der Vorrichtung 10 auszuführen. Hierzu wird der Laserstrahl 14 auf mindestens einen der Kalibrierungssensoren 42 gerichtet, wo er ein vordefiniertes Muster ausstrahlt. Eine Stelle des vordefinierten Musters wird durch den jeweiligen Kalibrierungssensor 42 erfasst und die Steuereinheit 40 berechnet einen geeigneten Korrekturwert für den Laserstrahl 14. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Laserstrahl im Hinblick auf das Koordinatensystem der Vorrichtung 10 auf eine exakt gewünschte Stelle gerichtet wird.Furthermore, the device 10 comprises calibration sensors 42 arranged in a lower region of the process chamber 16, next to the top layer of raw material powder, i.e. next to the working area 21. Alternatively, only one calibration sensor 42 or more than two calibration sensors 42 can be provided. The calibration sensors 42 can be used to carry out an (absolute) calibration of the laser beam 14 with respect to a coordinate system of the device 10. For this purpose, the laser beam 14 is directed at at least one of the calibration sensors 42, where it emits a predefined pattern. A location of the predefined pattern is detected by the respective calibration sensor 42 and the control unit 40 calculates a suitable correction value for the laser beam 14. In this way, it can be ensured that the laser beam is directed to an exactly desired location with respect to the coordinate system of the device 10.

Die Kalibrierungssensoren 42 sind optional. Sie können z. B. durch mindestens einen erfassbaren Bereich ersetzt werden. Dies sind vordefinierte Bereiche, die vom Laserstrahl 14 erreicht und bestrahlt werden können. Gemäß einigen Ausführungsformen hinterlässt der Laserstrahl keine permanenten Markierungen in dem erfassbaren Bereich, sondern eine auf den erfassbaren Bereich gestrahlte Struktur wird während der Bestrahlung über eine Kamera (z. B. Kamera 28a oder 28b) beobachtet. Mit anderen Worten wird von der Kamera Streulicht und/oder Wärmestrahlung erfasst. Basierend auf einer Position der erfassten Struktur kann eine Kalibrierung ausgeführt werden.The calibration sensors 42 are optional. They can be replaced, for example, by at least one detectable area. These are predefined areas that can be reached and irradiated by the laser beam 14. According to some embodiments, the laser beam does not leave permanent markings in the detectable area, but a structure irradiated onto the detectable area is observed during irradiation via a camera (e.g. camera 28a or 28b). In other words, scattered light and/or thermal radiation is detected by the camera. Based on a position of the detected structure, a calibration can be carried out.

In anderen Ausführungsformen kann eine jeweilige Kalibrierung (d. h. Kalibrierung im Hinblick auf eine horizontale Ebene im Arbeitsbereich 21) ausgeführt werden, indem ein oder mehrere Muster direkt in das Rohmaterial einer aufgebrachten Rohmaterialschicht gestrahlt werden. Während dieser Bestrahlung kann das Muster das Pulver schmelzen oder das Pulver nicht schmelzen (insbesondere kann es keine permanenten Veränderungen des bestrahlten Materials verursachen). Eine Kamera, die den Arbeitsbereich (z. B. eine der Kameras 28a und 28b) beobachtet, nimmt ein Bild des Musters oder beobachtet das Muster während der Bestrahlung (siehe oben), und die Steuereinheit 40 bestimmt einen geeigneten Korrekturwert für den Laserstrahl 14, sodass er im Hinblick auf das Koordinatensystem der Vorrichtung 10 an eine gewünschte Stelle gerichtet werden kann.In other embodiments, a respective calibration (i.e. calibration with respect to a horizontal plane in the work area 21) may be performed by irradiating one or more patterns directly into the raw material of a deposited raw material layer. During this irradiation, the pattern may melt the powder or may not melt the powder (in particular, it may not cause permanent changes in the irradiated material). A camera observing the work area (e.g. one of the cameras 28a and 28b) takes an image of the pattern or observes the pattern during irradiation (see above), and the control unit 40 determines an appropriate correction value for the laser beam 14 so that it can be directed to a desired location with respect to the coordinate system of the device 10.

2 zeigt eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung 10, ähnlich der Vorrichtung 10 der Ausführungsform von 1. Als einziger Unterschied zwischen den zwei Vorrichtungen 10 umfasst das Bestrahlungssystem der Vorrichtung 10 von 2 anstelle der einen Bestrahlungsvorrichtung 24 der Vorrichtung 10 von 1 zwei Bestrahlungsvorrichtungen 24a und 24b. Der Rest der Vorrichtung 10 von 2 weist jedoch dieselben Komponenten und Funktionen auf, wie sie vorstehend im Hinblick auf 1 erörtert wurden, sodass eine Wiederholung dieser Beschreibung weggelassen wird. Ferner weisen die Komponenten der Bestrahlungsvorrichtungen 24a und 24b die gleichen Bezugszeichen wie die von 2 auf. Es werden jedoch Suffixe „a“ und „b“ verwendet, um zwischen Komponenten der Bestrahlungsvorrichtung 24a (Suffix a) und den Komponenten der weiteren Bestrahlungsvorrichtung 24b (Suffix b) zu unterscheiden. Die Funktion der einzelnen Komponenten innerhalb der Bestrahlungsvorrichtungen 24a und 24b ist gleich wie vorstehend im Hinblick auf die Bestrahlungsvorrichtung 24 erörtert. 2 shows another embodiment of a device 10, similar to the device 10 of the embodiment of 1 . The only difference between the two devices 10 is that the irradiation system of the device 10 of 2 instead of the one irradiation device 24 of the device 10 of 1 two irradiation devices 24a and 24b. The rest of the device 10 of 2 However, it has the same components and functions as described above with regard to 1 discussed above, so that a repetition of this description is omitted. Furthermore, the components of the irradiation devices 24a and 24b have the same reference numerals as those of 2 However, suffixes “a” and "b" are used to distinguish between components of the irradiation device 24a (suffix a) and the components of the further irradiation device 24b (suffix b). The function of the individual components within the irradiation devices 24a and 24b is the same as discussed above with regard to the irradiation device 24.

Im Folgenden bezieht sich die Verwendung eines Bezugszeichens ohne Suffix (a oder b) auch auf die jeweiligen Elemente mit den Suffixen a und b, falls nicht explizit anders angegeben. Wenn zum Beispiel auf die „Scaneinheit 30“ Bezug genommen wird, wird dadurch auch auf die Scaneinheiten 30a und 30b Bezug genommen.In the following, the use of a reference symbol without a suffix (a or b) also refers to the respective elements with the suffixes a and b, unless explicitly stated otherwise. For example, when reference is made to the "scanning unit 30", this also refers to the scanning units 30a and 30b.

Die Vorrichtung 10 von 2 ist so konfiguriert, dass die Bestrahlungsvorrichtung 24a konfiguriert ist, um einen ersten vordefinierten Bereich (d. h., ein erstes Scanfeld) der obersten Pulverschicht zu scannen. In ähnlicher Weise ist die weitere Bestrahlungsvorrichtung 24b konfiguriert, um einen zweiten vordefinierten Bereich (d. h., ein zweites Scanfeld) der obersten Pulverschicht zu scannen. Das erste Scanfeld und das zweite Scanfeld überlappen einander in einem Überlappungsbereich. Mit anderen Worten gibt es einen Bereich der obersten Pulverschicht, der durch beide Laserstrahlen 14a und 14b (d. h., den Überlappungsbereich) erreicht und selektiv bestrahlt werden kann. Das erste Scanfeld und das zweite Scanfeld können jeweils rechteckig oder kreisförmig sein und eine Größe und/oder Form des jeweiligen Scanfelds kann durch einen Bewegungsbereich der jeweiligen Scaneinheit 30a und 30b der Bestrahlungsvorrichtungen 24a bzw. 24b vorgegeben werden. Der Überlappungsbereich kann auch den gesamten Arbeitsbereich 21 abdecken, so dass jede Position des Arbeitsbereichs 21 von beiden Laserstrahlen 14a, 14b erreicht werden kann.The device 10 of 2 is configured such that the irradiation device 24a is configured to scan a first predefined area (ie, a first scan field) of the topmost powder layer. Similarly, the further irradiation device 24b is configured to scan a second predefined area (ie, a second scan field) of the topmost powder layer. The first scan field and the second scan field overlap each other in an overlap region. In other words, there is an area of the topmost powder layer that can be reached and selectively irradiated by both laser beams 14a and 14b (ie, the overlap region). The first scan field and the second scan field can each be rectangular or circular, and a size and/or shape of the respective scan field can be predetermined by a range of movement of the respective scanning unit 30a and 30b of the irradiation devices 24a and 24b, respectively. The overlap area can also cover the entire working area 21 so that every position of the working area 21 can be reached by both laser beams 14a, 14b.

Zur Herstellung des dreidimensionalen Werkstücks 12 können beide Laserstrahlen 14a und 14b gleichzeitig unterschiedliche Abschnitte derselben Pulverschicht bestrahlen, wobei jeder Laserstrahl 14a und 14b einen Abschnitt des Werkstücks 12 in seinem entsprechenden Scanfeld bestrahlt. Auf diese Weise kann das Werkstück 12 schneller aufgebaut werden als in einem Fall, in dem nur ein Laserstrahl 14 verwendet wird (siehe z. B. 1). Ferner können die zwei Laserstrahlen 14a und 14b unterschiedliche Parameter aufweisen, wie Laserleistung, Strahlprofil, Punktdurchmesser und/oder Wellenlänge. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 40 den ersten Laserstrahl 14a anweisen, einen Kernabschnitt einer Werkstückschicht zu bestrahlen, und kann den zweiten Laser 14b anweisen, einen Hülsenabschnitt der Werkstückschicht (z. B. mit einem kleineren Punktdurchmesser und/oder mit weniger Laserleistung) zu bestrahlen.To produce the three-dimensional workpiece 12, both laser beams 14a and 14b can simultaneously irradiate different portions of the same powder layer, with each laser beam 14a and 14b irradiating a portion of the workpiece 12 in its respective scan field. In this way, the workpiece 12 can be built up more quickly than in a case where only one laser beam 14 is used (see e.g. 1 ). Furthermore, the two laser beams 14a and 14b may have different parameters, such as laser power, beam profile, spot diameter and/or wavelength. For example, the control unit 40 may instruct the first laser beam 14a to irradiate a core portion of a workpiece layer and may instruct the second laser 14b to irradiate a sleeve portion of the workpiece layer (e.g., with a smaller spot diameter and/or with less laser power).

Um eine hohe Qualität des erzeugten Werkstücks 12 zu erreichen, ist es wichtig, dass die zwei Laser 14a und 14b im Hinblick aufeinander kalibriert sind. Mit anderen Worten ist es wichtig, dass eine relative Position des ersten Laserstrahls 14a im Hinblick auf den zweiten Laserstrahl 14b bekannt ist. Wenn zum Beispiel beide Laserstrahlen 14a und 14b den gleichen Punkt bestrahlen sollen (oder ein Laserstrahl weiterhin eine Linie bestrahlen soll, die durch den anderen Laserstrahl gestartet wird), wird eine ordnungsgemäße relative Kalibrierung benötigt.In order to achieve a high quality of the produced workpiece 12, it is important that the two lasers 14a and 14b are calibrated with respect to each other. In other words, it is important that a relative position of the first laser beam 14a with respect to the second laser beam 14b is known. For example, if both laser beams 14a and 14b are to irradiate the same point (or one laser beam is to continue irradiating a line started by the other laser beam), a proper relative calibration is needed.

Ferner kann es auch für den Fall nur einer Bestrahlungsvorrichtung 24 (siehe 1) und für den Fall von mehr als einer Bestrahlungsvorrichtung 24a, 24b (siehe 2) wichtig sein, eine absolute Kalibrierung bereitzustellen, d. h. eine Kalibrierung im Hinblick auf Positionen der obersten Pulverschicht. Zum Beispiel kann es wichtig sein, z. B. für einen Fall der Hybridfertigung, in der ein zu reparierendes Objekt in das Pulverbett unterhalb der obersten Pulverschicht eingebettet wird, eine spezifische vordefinierte Position innerhalb der obersten Pulverschicht zu treffen, um einen Aufbau des zu reparierenden Objekts fortzusetzen.Furthermore, it can also be the case in the case of only one irradiation device 24 (see 1 ) and in the case of more than one irradiation device 24a, 24b (see 2 ) it may be important to provide an absolute calibration, i.e. a calibration with respect to positions of the top powder layer. For example, for a case of hybrid manufacturing where an object to be repaired is embedded in the powder bed below the top powder layer, it may be important to hit a specific predefined position within the top powder layer to continue a build of the object to be repaired.

Sowohl eine absolute als auch relative Kalibrierung können mindestens in erster Ordnung durch Verwenden der Kalibrierungssensoren 42 erreicht werden, wie im Hinblick auf 1 oben erörtert. Zum Beispiel können beide Laserstrahlen ein vordefiniertes Muster entweder in dasselbe oder in unterschiedlichen Kalibrierungssensoren 42 und basierend auf einem lateralen Versatz der zwei Muster ausstrahlen (und optional basierend auf einer bekannten Position der Kalibrierungssensoren 42 zueinander), wobei ein Korrekturwert für beide Laser (im Fall einer absoluten Kalibrierung) bestimmt werden kann. Falls nur eine relative Kalibrierung erreicht werden soll, kann es ausreichend sein, nur für einen der Laser 14a, 14b einen Korrekturwert zu bestimmen.Both absolute and relative calibration can be achieved at least to the first order by using the calibration sensors 42, as described with respect to 1 discussed above. For example, both laser beams may emit a predefined pattern either into the same or different calibration sensors 42 and based on a lateral offset of the two patterns (and optionally based on a known position of the calibration sensors 42 relative to each other), a correction value may be determined for both lasers (in the case of absolute calibration). If only relative calibration is to be achieved, it may be sufficient to determine a correction value for only one of the lasers 14a, 14b.

Ferner kann, wie vorstehend erörtert, ein Muster in die Rohmaterialpulverschicht gestrahlt und von einer Kamera beobachtet werden. Siehe hierzu auch den in WO 2019/161886 A1 beschriebenen Kalibrierungsprozess.Furthermore, as discussed above, a pattern can be blasted into the raw material powder layer and observed by a camera. See also the WO 2019/161886 A1 described calibration process.

Der eine Laserstrahl 14 von 1 und die zwei Laserstrahlen von 2 werden jedoch mit diesem Kalibrierverfahren lediglich im Hinblick auf eine (ideale) horizontale Ebene im Arbeitsbereich 21 kalibriert. Unregelmäßigkeiten der Topographie werden durch die im Folgenden erörterte Technik berücksichtigt.The one laser beam 14 from 1 and the two laser beams from 2 However, with this calibration method they are only calibrated with respect to an (ideal) horizontal plane in the working area 21. Irregularities in the topography are taken into account by the technique discussed below.

3 zeigt eine schematische Seitenansicht der Situation von 2, wobei zwei Laserstrahlen 14a und 14b auf eine Pulverschicht 50 gestrahlt werden, die eine Topographie aufweist, die sich von einer flachen Ebene unterscheidet. Es ist zu beachten, dass die Darstellung von 2 nur veranschaulichend ist und nicht maßstabsgetreu ist (was bedeutet, dass relative Größen und Abstände möglicherweise nicht korrekt sind). 3 shows a schematic side view of the situation of 2 , whereby two laser beams 14a and 14b are irradiated onto a powder layer 50 that has a topography that differs from a flat plane. It should be noted that the representation of 2 is illustrative only and is not to scale (meaning relative sizes and spacing may not be correct).

Die Pulverschicht 50 wurde von der Pulverauftragsvorrichtung 18 (siehe 1 oder 2) auf einer darunter liegenden Pulverschicht 52 aufgebracht, die bereits in einem vorherigen Bestrahlungsprozess teilweise verfestigt wurde. Die erstarrten Abschnitte sind in 3 nicht gezeigt. Zusätzlich zu der darunterliegenden Pulverschicht 52 können weitere Pulverschichten unter der Pulverschicht 52 vorhanden sein. Die Pulverschicht 50 kann jedoch auch direkt auf den Träger 20 aufgebracht worden sein.The powder layer 50 was applied by the powder application device 18 (see 1 or 2 ) is applied to an underlying powder layer 52, which has already been partially solidified in a previous irradiation process. The solidified sections are in 3 not shown. In addition to the underlying powder layer 52, further powder layers may be present under the powder layer 52. However, the powder layer 50 may also have been applied directly to the carrier 20.

Wie in 3 gezeigt, ist die Topographie der Pulverschicht 50 idealerweise nicht ideal flach, sondern umfasst einen Höcker (oder Hügel) 54. Solche Unregelmäßigkeiten in der Topographie einer Werkstückschicht können unterschiedliche Ursachen haben, wobei nur einige erwähnt werden: Ein erstarrtes Teil in einer darunterliegenden Schicht 52 (oder Schicht unter Schicht 52) kann „hochkommen“ und dadurch einen Höcker verursachen. Eine Führungsschiene, über die die Pulverauftragsvorrichtung 18 bewegt wird, kann gekrümmt, geneigt sein oder andere strukturelle Defekte aufweisen. Es können Klumpen in dem Pulver vorhanden sein. Es kann einen Stau in der Pulverauftragsvorrichtung 18 geben. Die Pulverauftragsvorrichtung 18 (insbesondere eine Rakel der Pulverauftragsvorrichtung 18) kann gebogen oder geneigt sein.As in 3 , the topography of the powder layer 50 is ideally not ideally flat, but includes a hump (or hill) 54. Such irregularities in the topography of a workpiece layer can have various causes, only a few of which are mentioned: A solidified part in an underlying layer 52 (or layer under layer 52) can "pop up" and thereby cause a hump. A guide rail over which the powder applicator 18 is moved can be curved, tilted, or have other structural defects. There can be lumps in the powder. There can be a jam in the powder applicator 18. The powder applicator 18 (in particular a doctor blade of the powder applicator 18) can be curved or tilted.

Somit ist eine mögliche Erklärung für den in 3 gezeigten Höcker, dass beide Führungsschienen der Pulverauftragsvorrichtung 18 in der Mitte nach oben gebogen sind, wodurch bewirkt wird, dass die Pulverauftragsvorrichtung 18 mehr Pulver (d. h. eine höhere Dicke) in der Mitte des Arbeitsbereichs aufträgt als an Rändern des Arbeitsbereichs 21. Die in 3 gezeigte Situation ist nur beispielhaft und die hierin offenbarte Technik gilt auch für andere Unregelmäßigkeiten (z. B. Unregelmäßigkeiten entlang der y-Richtung, Dellen usw.)This provides a possible explanation for the 3 shown humps that both guide rails of the powder application device 18 are bent upwards in the middle, causing the powder application device 18 to apply more powder (ie a higher thickness) in the middle of the working area than at the edges of the working area 21. The in 3 The situation shown is only exemplary and the technique disclosed herein also applies to other irregularities (e.g. irregularities along the y-direction, dents, etc.)

Ferner sind in 3 ein Bestrahlungswinkel 56 des Laserstrahls 14a und ein Bestrahlungswinkel 58 des Laserstrahls 14b angegeben. Der Bestrahlungswinkel wird im Hinblick auf eine Oberflächennormale der x-y-Ebene (in 3 als gestrichelte Linie 60 bzw. 62 angegeben), d. h. im Hinblick auf die z-Achse, bestimmt.Furthermore, 3 an irradiation angle 56 of the laser beam 14a and an irradiation angle 58 of the laser beam 14b are specified. The irradiation angle is determined with respect to a surface normal of the xy plane (in 3 indicated as dashed lines 60 and 62 respectively), ie with respect to the z-axis.

Die Bestrahlungsvorrichtungen 24a und 24b (siehe 1 oder 2) sind so vorkalibriert, dass, wenn jede der Bestrahlungsvorrichtungen 24a und 24b einen Laserstrahl auf eine gleiche Position innerhalb der x-y-Ebene einer ideal flachen Pulverschicht leitet, sie auf diese Position treffen würden. Diese Situation ist in 3 gezeigt, wobei die (hypothetische) ideal flache Pulverschicht durch eine gestrichelte Linie 64 angegeben ist und die (hypothetischen) Laserstrahlen, die auf die gleiche x-y-Position 66 gerichtet sind, mit strichpunktierten Linien als 68a bzw. 68b angegeben sind. Die gestrichelte Linie 64 und die strichpunktierten Linien 68a und 68b zeigen eine hypothetische Situation, d. h. eine Situation, in der der Höcker 54 nicht vorhanden ist. In dem Beispiel von 3 ist der Höcker 54 jedoch vorhanden und ein Bestrahlungswinkel jedes der Laserstrahlen muss korrigiert werden, um die gleiche gewünschte Position 66 zu bestrahlen. Genauer gesagt muss ein Bestrahlungswinkel jedes der Laserstrahlen so korrigiert werden, dass diese nicht wie durch Bezugszeichen 68a, 68b gezeigt gestrahlt werden, sondern wie durch Bezugszeichen 14a, 14b gezeigt.The irradiation devices 24a and 24b (see 1 or 2 ) are pre-calibrated so that if each of the irradiation devices 24a and 24b directs a laser beam to a same position within the xy plane of an ideally flat powder layer, they would hit that position. This situation is in 3 where the (hypothetical) ideally flat powder layer is indicated by a dashed line 64 and the (hypothetical) laser beams directed to the same xy position 66 are indicated with dashed lines as 68a and 68b, respectively. The dashed line 64 and the dashed lines 68a and 68b show a hypothetical situation, i.e. a situation in which the bump 54 is not present. In the example of 3 However, the bump 54 is present and an irradiation angle of each of the laser beams must be corrected to irradiate the same desired position 66. More specifically, an irradiation angle of each of the laser beams must be corrected so that they are not irradiated as shown by reference numerals 68a, 68b but as shown by reference numerals 14a, 14b.

Um auf die gleiche gewünschte Position 66 zu treffen, falls der Höcker 54 in der Pulverschicht 50 vorhanden ist, muss ein lateraler Korrekturwert auf beide Laserstrahlen 14a und 14b angewendet werden. Wie in 3 gezeigt, muss der Laserstrahl 14a von seiner Position 68a nach links durch einen lateralen Korrekturwert 70 korrigiert werden. In ähnlicher Weise muss der Laserstrahl 14b von seiner Position 68b nach rechts durch einen lateralen Korrekturwert 72 korrigiert werden. Wenn die zwei Laserstrahlen mit ihren jeweiligen lateralen Korrekturwerten 70, 72 korrigiert werden, treffen sie auf die gleiche gewünschte x-y-Position 66, wo die unkorrigierten Strahlen 68a, 68b im Falle einer ideal flachen Pulverschicht 64 auftreffen würden.In order to hit the same desired position 66 if the hump 54 is present in the powder layer 50, a lateral correction value must be applied to both laser beams 14a and 14b. As in 3 As shown, the laser beam 14a must be corrected from its position 68a to the left by a lateral correction value 70. Similarly, the laser beam 14b must be corrected from its position 68b to the right by a lateral correction value 72. When the two laser beams are corrected with their respective lateral correction values 70, 72, they impinge on the same desired xy position 66 where the uncorrected beams 68a, 68b would impinge in the case of an ideally flat powder layer 64.

Es ist zu beachten, dass die lateralen Korrekturwerte in Form eines Abstands (wie in 3 gezeigt) oder in Form einer Winkelkorrektur (in Grad) der Bestrahlungswinkel 56 bzw. 58 berechnet und bereitgestellt werden können. Genauer gesagt beziehen sich die in 3 angegebenen lateralen Abstände 70, 72 auf laterale Abstände auf der hypothetischen flachen Pulverschicht 50, d. h. auf dem Arbeitsbereich. Aus diesen Abständen kann ein Winkelkorrekturwert (in Grad) leicht berechnet werden (und umgekehrt), da die Abstände zwischen den Scaneinheiten 30a, 30b und einer Ebene, in der sich der Arbeitsbereich erstreckt, bekannt sind (entsprechend der Länge der gestrichelten Linien 60 und 62 von 3).It should be noted that the lateral correction values are given in the form of a distance (as in 3 shown) or in the form of an angle correction (in degrees) of the irradiation angles 56 and 58 respectively. More specifically, the values in 3 indicated lateral distances 70, 72 to lateral distances on the hypothetical flat powder layer 50, i.e. on the working area. From these distances an angle correction value (in degrees) can easily be calculated (and vice versa) since the distances between the scanning units 30a, 30b and a plane in which the working area extends are known (corresponding to the length of the dashed lines 60 and 62 of 3 ).

Ferner können laterale Korrekturwerte nicht nur für die x-Richtung berechnet und bereitgestellt werden, sondern auch für die y-Richtung.Furthermore, lateral correction values can be calculated and provided not only for the x-direction, but also for the y-direction.

Aus dem in 3 gezeigten Beispiel ist klar, dass ein Korrekturwert 70, 72 einfach unter Verwendung von Standardgeometrie berechnet werden kann, sobald die Topographie der Pulverschicht 50 bekannt ist. Die Bestimmung der Korrekturwerte 70, 72 wird durch die Steuereinheit 40 ausgeführt.From the 3 example shown it is clear that a correction value 70, 72 can be easily calculated using standard geometry as soon as the topography of the powder layer 50 is known. The determination of the correction values 70, 72 is carried out by the control unit 40.

Für jede x-y-Position des Arbeitsbereichs 21 kann ein geeigneter Korrekturwert bestimmt werden. Ferner kann ein Korrekturwert für den gesamten Arbeitsbereich 21 bereitgestellt werden, obwohl dies nicht ausreichend sein kann, um lokale Unregelmäßigkeiten in der Topographie zu kompensieren. Ferner können ein oder mehrere Korrekturwerte nur für Bereiche bereitgestellt werden, in denen sich die Topographie der Pulverschicht 50 von einer Ebene (d. h. in der ein Höcker oder eine Delle vorhanden sind) unterscheidet.For each x-y position of the working area 21, an appropriate correction value may be determined. Furthermore, one correction value may be provided for the entire working area 21, although this may not be sufficient to compensate for local irregularities in the topography. Furthermore, one or more correction values may be provided only for areas where the topography of the powder layer 50 differs from a plane (i.e., where a bump or dent is present).

Die Topographie der Pulverschicht 50 wird durch die vorstehend erörterte dreidimensionale Scanvorrichtung 28a, 28b, 29 gemessen und ist z. B. in 1 und 2 gezeigt. In einigen Ausführungsformen ist es möglicherweise nicht notwendig, eine Topographie der gesamten Pulverschicht (d. h. der Pulverschicht innerhalb des gesamten Arbeitsbereichs 21) zu messen. Zum Beispiel kann nur die Topographie in einem Überlappungsbereich gemessen werden und Korrekturwerte können nur für x-y-Positionen innerhalb des Überlappungsbereichs bereitgestellt werden.The topography of the powder layer 50 is measured by the three-dimensional scanning device 28a, 28b, 29 discussed above and is, for example, in 1 and 2 In some embodiments, it may not be necessary to measure a topography of the entire powder layer (i.e., the powder layer within the entire working area 21). For example, only the topography in an overlap region may be measured and correction values may only be provided for xy positions within the overlap region.

Ferner ist zu beachten, dass, obwohl zwei Laserstrahlen 14a und 14b in 3 gezeigt sind, die Technik der vorliegenden Offenbarung auch auf eine Vorrichtung 10 mit nur einem Laserstrahl 14 angewendet werden kann, wie in 1 gezeigt. In diesem Fall wird nur der Laserstrahl 14 kalibriert und entsprechende Korrekturwerte werden bestimmt. Ferner kann eine Vorrichtung mehr als zwei Bestrahlungsvorrichtungen 24 (zum Beispiel 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr) umfassen, wobei für jede der Bestrahlungsvorrichtungen 24 entsprechende Korrekturwerte bestimmt werden können, ähnlich wie die vorstehend im Hinblick auf 3 erörterten.It should also be noted that although two laser beams 14a and 14b in 3 shown, the technique of the present disclosure can also be applied to a device 10 with only one laser beam 14, as shown in 1 In this case, only the laser beam 14 is calibrated and corresponding correction values are determined. Furthermore, a device can comprise more than two irradiation devices 24 (for example 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 or more), wherein for each of the irradiation devices 24 corresponding correction values can be determined, similar to the above with regard to 3 discussed.

Ferner können Korrekturwerte nicht nur für die x-y-Richtungen bestimmt werden, sondern auch für eine Fokusposition der Laserstrahlen 14a und 14b. Wie in 3 gezeigt, kann an der Position des Höckers 54 eine in den entsprechenden Bestrahlungsvorrichtungen 24a, 24b eingestellte Brennweite reduziert werden, um den Laserspot genau auf einer oberen Oberfläche des Höckers 54 zu fokussieren. Gleichfalls kann bei einer Delle die Brennweite erhöht werden.Furthermore, correction values can be determined not only for the xy directions, but also for a focus position of the laser beams 14a and 14b. As in 3 As shown, at the position of the bump 54, a focal length set in the corresponding irradiation devices 24a, 24b can be reduced in order to focus the laser spot precisely on an upper surface of the bump 54. Likewise, in the case of a dent, the focal length can be increased.

4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung eines Bestrahlungssystems 24 einer Vorrichtung 10 für die additive Fertigung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 4 shows a flowchart of a method for calibrating an irradiation system 24 of an apparatus 10 for additive manufacturing according to an embodiment of the present disclosure.

Das Verfahren wird durch eine Vorrichtung für additive Fertigung (wie die Vorrichtung 10, die im Hinblick auf die Figur und 2 gezeigt und erörtert ist) während eines Aufbauprozesses eines dreidimensionalen Werkstücks 12 ausgeführt.The method is performed by an additive manufacturing apparatus (such as the apparatus 10 shown and discussed with respect to Figures 1 and 2) during a build process of a three-dimensional workpiece 12.

Das Verfahren startet mit einem Schritt des Aufbringens 70 einer Pulverschicht auf einen Arbeitsbereich der Vorrichtung. Dieser Schritt wird mit der Pulverauftragsvorrichtung 18 der Vorrichtung 10 unter der Steuerung der Steuereinheit 40 ausgeführt.The method starts with a step of applying 70 a powder layer to a working area of the device. This step is carried out with the powder application device 18 of the device 10 under the control of the control unit 40.

Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Messens 72 einer Topographie mindestens eines Abschnitts der Pulverschicht. Dieser Schritt wird durch die dreidimensionale Scanvorrichtung 28a, 28b, 29 der Vorrichtung 10 unter der Steuerung der Steuereinheit 40 ausgeführt.The method further comprises a step of measuring 72 a topography of at least a portion of the powder layer. This step is carried out by the three-dimensional scanning device 28a, 28b, 29 of the device 10 under the control of the control unit 40.

Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Bestimmens 74, basierend auf der gemessenen Topographie, mindestens eines lateralen Korrekturwerts für einen Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems. Dieser Schritt wird von der Steuereinheit 40 der Vorrichtung 10 ausgeführt.The method further comprises a step of determining 74, based on the measured topography, at least one lateral correction value for an irradiation beam of the irradiation system. This step is carried out by the control unit 40 of the device 10.

Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Anwendens 76 des lateralen Korrekturwerts auf Scandaten, die von dem Bestrahlungssystem verwendet werden, um den Bestrahlungsstrahl über den Arbeitsbereich zu scannen. Dieser Schritt wird von der Steuereinheit 40 der Vorrichtung 10 ausgeführt.The method further comprises a step of applying 76 the lateral correction value to scan data used by the irradiation system to scan the irradiation beam over the work area. This step is carried out by the control unit 40 of the device 10.

5 zeigt eine schematische Darstellung der Steuereinheit 40 einer der Vorrichtungen 10 von 1 oder 2. Die Steuereinheit 40 umfasst mindestens Module 80 und 82, von denen jedes in Form von Hardware und/oder Software dargestellt sein kann. In einem Beispiel umfasst die Steuereinheit 40 einen Prozessor und einen Speicher. Im Speicher werden Anweisungen gespeichert, die den Prozessor veranlassen, das in 4 gezeigte Verfahren auszuführen. Zu diesem Zweck kann die auf dem Speicher gespeicherte Software als die in 5 gezeigten Module 80 bis 82 umfassend betrachtet werden. 5 shows a schematic representation of the control unit 40 of one of the devices 10 of 1 or 2 . The control unit 40 includes at least modules 80 and 82, each of which may be embodied in hardware and/or software. In one example, the control unit 40 includes a processor and a memory. The memory stores instructions that cause the processor to execute the 4 For this purpose, the software stored on the memory may be used as the software described in 5 Modules 80 to 82 shown can be considered in detail.

Im Einzelnen sind diese Module:In detail, these modules are:

Bestimmungsmodul 80 zum Bestimmen, basierend auf der gemessenen Topographie, mindestens eines lateralen Korrekturwerts für den Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems.Determination module 80 for determining, based on the measured topography, at least one lateral correction value for the irradiation beam of the irradiation system.

Anwendungsmodul 82 zum Anwenden des lateralen Korrekturwerts auf Scandaten, die von dem Bestrahlungssystem zum Scannen des Bestrahlungsstrahls über den Arbeitsbereich verwendet werden.Application module 82 for applying the lateral correction value to scan data received from the irradiation system for scanning the irradiation beam over the work area.

Die anderen Elemente der Vorrichtung 10 (d. h. die Elemente abgesehen von den „logischen“ Elementen der Steuereinheit 40) sind vorstehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 gezeigt und erörtert.The other elements of the device 10 (ie the elements apart from the “logical” elements of the control unit 40) are described above with reference to 1 and 2 shown and discussed.

Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Technik können mindestens einen der folgenden Vorteile aufweisen. Durch Ausführen der hierin beschriebenen Kalibrierung kann eine Topographie einer aufgebrachten Rohmaterialschicht berücksichtigt und kompensiert werden. Ohne die hierin beschriebene Technik kann der Laserspot nicht auf die gewünschte Position der Werkstückschicht gerichtet werden. Die vorliegende Technik sorgt dafür, dass eine gewünschte Position bestrahlt werden kann, selbst wenn in der bestrahlten Pulverschicht Unregelmäßigkeiten vorhanden sind.One or more embodiments of the present technique may have at least one of the following advantages. By performing the calibration described herein, a topography of a deposited raw material layer can be taken into account and compensated. Without the technique described herein, the laser spot cannot be directed to the desired position of the workpiece layer. The present technique provides that a desired position can be irradiated even if irregularities are present in the irradiated powder layer.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2961549 A1 [0003, 0027]EP 2961549 A1 [0003, 0027]
  • EP 2878402 A1 [0003]EP 2878402 A1 [0003]
  • WO 2019161886 A1 [0005, 0027, 0092]WO 2019161886 A1 [0005, 0027, 0092]
  • EP 3907021 A1 [0006]EP 3907021 A1 [0006]

Claims (22)

Verfahren zur Kalibrierung eines Bestrahlungssystems einer Vorrichtung zur additiven Fertigung, wobei das Verfahren umfasst: Aufbringen einer Pulverschicht auf einen Arbeitsbereich der Vorrichtung; Messen einer Topographie von mindestens einem Abschnitt der Pulverschicht; basierend auf der gemessenen Topographie, Bestimmen mindestens eines lateralen Korrekturwerts für einen Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems; und Anwenden des lateralen Korrekturwerts auf Scandaten, die von dem Bestrahlungssystem zum Scannen des Bestrahlungsstrahls über den Arbeitsbereich verwendet werden.A method for calibrating an irradiation system of an additive manufacturing apparatus, the method comprising: applying a powder layer to a work area of the apparatus; measuring a topography of at least a portion of the powder layer; based on the measured topography, determining at least one lateral correction value for an irradiation beam of the irradiation system; and applying the lateral correction value to scan data used by the irradiation system to scan the irradiation beam across the work area. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestrahlen der Pulverschicht mit dem Bestrahlungsstrahl gemäß den Scandaten, auf die der laterale Korrekturwert angewendet wurde.Procedure according to Claim 1 , further comprising: irradiating the powder layer with the irradiation beam according to the scan data to which the lateral correction value has been applied. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: Kalibrieren einer lateralen Position des Bestrahlungsstrahls im Hinblick auf eine horizontale Ebene in dem Arbeitsbereich.Procedure according to Claim 1 or 2 , further comprising: calibrating a lateral position of the irradiation beam with respect to a horizontal plane in the work area. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Topographie über ein Streifenlichtprojektionsverfahren gemessen wird.Method according to one of the Claims 1 until 3 , where the topography is measured using a stripe projection method. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: Bestimmen einer vordefinierten lateralen Position, in der der Bestrahlungsstrahl auf die Pulverschicht auftreffen soll, wobei der laterale Korrekturwert so bestimmt wird, dass der Bestrahlungsstrahl an der vordefinierten lateralen Position auf die Pulverschicht trifft.Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , further comprising: determining a predefined lateral position at which the irradiation beam is to impinge on the powder layer, wherein the lateral correction value is determined such that the irradiation beam impinges on the powder layer at the predefined lateral position. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der laterale Korrekturwert so bestimmt wird, dass der Bestrahlungsstrahl an einer lateralen Position, die einer lateralen Position eines Schnittpunkts des Bestrahlungsstrahls ohne den lateralen Korrekturwert und einer horizontalen Ebene im Arbeitsbereich entspricht, auf die Pulverschicht auftrifft.Method according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the lateral correction value is determined such that the irradiation beam strikes the powder layer at a lateral position which corresponds to a lateral position of an intersection point of the irradiation beam without the lateral correction value and a horizontal plane in the working area. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: basierend auf der gemessenen Topographie, Bestimmen mindestens eines weiteren lateralen Korrekturwerts für einen weiteren Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems; und Anwenden des weiteren lateralen Korrekturwerts auf weitere Scandaten, die von dem Bestrahlungssystem zum Scannen des weiteren Bestrahlungsstrahls über den Arbeitsbereich verwendet werden.Procedure according to one of the Claims 1 until 6 , further comprising: based on the measured topography, determining at least one further lateral correction value for a further irradiation beam of the irradiation system; and applying the further lateral correction value to further scan data used by the irradiation system to scan the further irradiation beam across the work area. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der laterale Korrekturwert und der weitere laterale Korrekturwert so bestimmt werden, dass der Bestrahlungsstrahl und der weitere Bestrahlungsstrahl den gleichen Punkt auf der Pulverschicht bestrahlen, wenn der Bestrahlungsstrahl ohne den lateralen Korrekturwert und der weitere Bestrahlungsstrahl ohne den weiteren lateralen Korrekturwert den gleichen Punkt auf einer horizontalen Ebene im Arbeitsbereich bestrahlen würden.Procedure according to Claim 7 , wherein the lateral correction value and the further lateral correction value are determined such that the irradiation beam and the further irradiation beam irradiate the same point on the powder layer if the irradiation beam without the lateral correction value and the further irradiation beam without the further lateral correction value would irradiate the same point on a horizontal plane in the working area. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend: Einstrahlen einer ersten Struktur in die Pulverschicht unter Verwendung des Bestrahlungsstrahls; Einstrahlen einer zweiten Struktur in die Pulverschicht unter Verwendung des weiteren Bestrahlungsstrahls; Bestimmen einer lateralen Position der ersten Struktur und einer lateralen Position der zweiten Struktur; und basierend auf der gemessenen Topographie, der lateralen Position der ersten Struktur und der lateralen Position der zweiten Struktur, Bestimmen mindestens eines des mindestens einen lateralen Korrekturwerts und des mindestens einen weiteren Korrekturwerts.Procedure according to Claim 7 or 8th , further comprising: irradiating a first structure into the powder layer using the irradiation beam; irradiating a second structure into the powder layer using the further irradiation beam; determining a lateral position of the first structure and a lateral position of the second structure; and based on the measured topography, the lateral position of the first structure and the lateral position of the second structure, determining at least one of the at least one lateral correction value and the at least one further correction value. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren für eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Pulverschichten ausgeführt wird.Procedure according to one of the Claims 1 until 9 , wherein the method is carried out for a plurality of successive powder layers. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der mindestens eine laterale Korrekturwert basierend auf der gemessenen Topographie der aufgebrachten Pulverschicht und basierend auf einer gemessenen Topographie einer zuvor aufgebrachten Pulverschicht bestimmt wird.Procedure according to one of the Claims 1 until 10 , wherein the at least one lateral correction value is determined based on the measured topography of the applied powder layer and based on a measured topography of a previously applied powder layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend: basierend auf der gemessenen Topographie, Bestimmen mindestens eines vertikalen Korrekturwerts für den Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems; und Anwenden des vertikalen Korrekturwerts auf eine Fokussieroptik des Bestrahlungssystems.Procedure according to one of the Claims 1 until 11 , further comprising: based on the measured topography, determining at least one vertical correction value for the irradiation beam of the irradiation system; and applying the vertical correction value to a focusing optics of the irradiation system. Vorrichtung zur additiven Fertigung, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Bestrahlungssystem, das konfiguriert ist, um mindestens einen Bestrahlungsstrahl auf einen Arbeitsbereich der Vorrichtung einzustrahlen; eine Pulverauftragsvorrichtung, die für eine Pulverschicht auf den Arbeitsbereich der Vorrichtung konfiguriert ist; eine Topographiemessvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Topographie von mindestens einem Abschnitt der Pulverschicht zu messen; eine Steuereinheit, die konfiguriert ist zum: basierend auf der gemessenen Topographie, Bestimmen mindestens eines lateralen Korrekturwerts für den Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems; und Anwenden des lateralen Korrekturwerts auf Scandaten, die von dem Bestrahlungssystem zum Scannen des Bestrahlungsstrahls über den Arbeitsbereich verwendet werden.Apparatus for additive manufacturing, the apparatus comprising: an irradiation system configured to irradiate at least one irradiation beam onto a working area of the apparatus; a powder application device configured to apply a layer of powder onto the working area of the apparatus; a topography measuring device configured to measure a topography of at least a portion of the powder layer; a control unit configured to: based on the measured topography, determine at least one lateral correction value for the irradiation beam of the irradiation system; and apply the lateral correction value to scan data used by the irradiation system to scan the irradiation beam across the work area. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist zum: Kalibrieren einer lateralen Position des Bestrahlungsstrahls im Hinblick auf eine horizontale Ebene im Arbeitsbereich.Device according to Claim 13 , wherein the control unit is configured to: calibrate a lateral position of the irradiation beam with respect to a horizontal plane in the work area. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Topographiemessvorrichtung konfiguriert ist, um die Topographie über ein Streifenlichtprojektionsverfahren zu messen.Device according to Claim 13 or 14 , wherein the topography measuring device is configured to measure the topography via a strip light projection method. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist zum: Bestimmen einer vordefinierten lateralen Position, in der der Bestrahlungsstrahl auf die Pulverschicht auftreffen soll, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um den lateralen Korrekturwert so zu bestimmen, dass der Bestrahlungsstrahl an der vordefinierten lateralen Position auf die Pulverschicht trifft.Device according to one of the Claims 13 until 15 , wherein the control unit is configured to: determine a predefined lateral position at which the irradiation beam is to impinge on the powder layer, wherein the control unit is configured to determine the lateral correction value such that the irradiation beam impinges on the powder layer at the predefined lateral position. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um den lateralen Korrekturwert so zu bestimmen, dass der Bestrahlungsstrahl an einer lateralen Position, die einer lateralen Position eines Schnittpunkts des Bestrahlungsstrahls ohne den lateralen Korrekturwert und einer horizontalen Ebene im Arbeitsbereich entspricht, auf die Pulverschicht auftrifft.Device according to one of the Claims 13 until 16 , wherein the control unit is configured to determine the lateral correction value such that the irradiation beam impinges on the powder layer at a lateral position corresponding to a lateral position of an intersection point of the irradiation beam without the lateral correction value and a horizontal plane in the working area. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Steuereinheit ferner konfiguriert ist zum: basierend auf der gemessenen Topographie, Bestimmen mindestens eines weiteren lateralen Korrekturwerts für einen weiteren Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems; und Anwenden des weiteren lateralen Korrekturwerts auf weitere Scandaten, die von dem Bestrahlungssystem zum Scannen des weiteren Bestrahlungsstrahls über den Arbeitsbereich verwendet werden.Device according to one of the Claims 13 until 17 , wherein the control unit is further configured to: based on the measured topography, determine at least one further lateral correction value for a further irradiation beam of the irradiation system; and apply the further lateral correction value to further scan data used by the irradiation system to scan the further irradiation beam across the work area. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um den lateralen Korrekturwert und den weiteren lateralen Korrekturwert so zu bestimmen, dass der Bestrahlungsstrahl und der weitere Bestrahlungsstrahl den gleichen Punkt auf der Pulverschicht bestrahlen, wenn der Bestrahlungsstrahl ohne den lateralen Korrekturwert und der weitere Bestrahlungsstrahl ohne den weiteren lateralen Korrekturwert den gleichen Punkt auf einer horizontalen Ebene im Arbeitsbereich bestrahlen würden.Device according to Claim 18 , wherein the control unit is configured to determine the lateral correction value and the further lateral correction value such that the irradiation beam and the further irradiation beam irradiate the same point on the powder layer if the irradiation beam without the lateral correction value and the further irradiation beam without the further lateral correction value would irradiate the same point on a horizontal plane in the work area. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Steuereinheit ferner konfiguriert ist zum: Steuern des Bestrahlungssystems, um eine erste Struktur unter Verwendung des Bestrahlungsstrahls in die Pulverschicht einzustrahlen; Steuern des Bestrahlungssystems, um eine zweite Struktur unter Verwendung des weiteren Bestrahlungsstrahls in die Pulverschicht einzustrahlen; Bestimmen einer lateralen Position der ersten Struktur und einer lateralen Position der zweiten Struktur; und basierend auf der gemessenen Topographie, der lateralen Position der ersten Struktur und der lateralen Position der zweiten Struktur, Bestimmen mindestens eines des mindestens einen lateralen Korrekturwerts und des mindestens einen weiteren Korrekturwerts.Device according to Claim 18 or 19 , wherein the control unit is further configured to: control the irradiation system to irradiate a first structure into the powder layer using the irradiation beam; control the irradiation system to irradiate a second structure into the powder layer using the further irradiation beam; determine a lateral position of the first structure and a lateral position of the second structure; and based on the measured topography, the lateral position of the first structure and the lateral position of the second structure, determine at least one of the at least one lateral correction value and the at least one further correction value. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um den mindestens einen lateralen Korrekturwert basierend auf der gemessenen Topographie der aufgebrachten Pulverschicht und basierend auf einer gemessenen Topographie einer zuvor aufgebrachten Pulverschicht zu bestimmen.Device according to one of the Claims 13 until 20 , wherein the control unit is configured to determine the at least one lateral correction value based on the measured topography of the applied powder layer and based on a measured topography of a previously applied powder layer. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist zum: basierend auf der gemessenen Topographie, Bestimmen mindestens eines vertikalen Korrekturwerts für den Bestrahlungsstrahl des Bestrahlungssystems; und Anwenden des vertikalen Korrekturwerts auf eine Fokussieroptik des Bestrahlungssystems.Device according to one of the Claims 13 until 21 , wherein the control unit is configured to: based on the measured topography, determine at least one vertical correction value for the irradiation beam of the irradiation system; and apply the vertical correction value to a focusing optics of the irradiation system.
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