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WO2017121539A1 - Verfahren und computerlesbares medium zur modellierung einer kontaktstruktur - Google Patents

Verfahren und computerlesbares medium zur modellierung einer kontaktstruktur Download PDF

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Publication number
WO2017121539A1
WO2017121539A1 PCT/EP2016/079705 EP2016079705W WO2017121539A1 WO 2017121539 A1 WO2017121539 A1 WO 2017121539A1 EP 2016079705 W EP2016079705 W EP 2016079705W WO 2017121539 A1 WO2017121539 A1 WO 2017121539A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
workpiece
substrate
contact structure
additive
geometry
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2016/079705
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ole Geisen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of WO2017121539A1 publication Critical patent/WO2017121539A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a process for model-regulation ⁇ a contact structure in the computer-aided construction of a additive workpiece to be produced and a corresponding computer-readable medium, such as a storage medium.
  • a computer-readable medium and a corresponding method are known, for example, from WO 2015/106020 Al.
  • the additive or generative production of workpieces or components usually takes place directly on the basis of computer-internal data models.
  • the workpiece is preferably prepared by a primary forming process, for example by means pulverbett- based methods and / or constructed, using advantageously can be substantially dispensed with metal-cutting work ⁇ steps.
  • Known methods are particular to ⁇ selective laser melting (SLM: English for "selective laser melting”), selective laser sintering (SLS: English for "Selective Laser Sintering") and electron beam melting (EBM: English for "Electron Beam Melting” ).
  • a powder bed is exposed by means of a laser beam in accordance with a predetermined exposure geometry, wherein the data can be generated from a 3D file.
  • Step the workpiece or component is divided into individual layers.
  • the tracks or vectors are generated for each layer, which moves off the laser beam. Is a powder layer is exposed, the Component platform is lowered and a new layer of powder is applied by means of ei ⁇ nes slider, for example a rake, and then again exposed to the laser which melts the powder and can solidify.
  • CAD Computer-aided designs
  • FEA finite element analysis
  • Plastics, ceramic workpieces or metallic workpieces such as turbine components, in particular parts in the hot gas path of gas turbines, offers a lot of ⁇ number of advantages in terms of manufacturing and the repair of these workpieces.
  • Of particular importance in connection with the actual additive structure is also the processing or the handling of the design data, the simulation and the modeling of the corresponding construction partial geometry.
  • the modeling of the above-mentioned complicated fracture structures proves to be particularly complicated in CAD design. It is therefore an object of the present invention to provide means by which the stated problems can be solved and a corresponding construction and / or additive production of the workpieces can be improved. This object is achieved by the subject matter of the independent claims to ⁇ .
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • One aspect of the present invention relates to a method for modeling a contact structure or a modeling method in the computer-aided design.
  • the computer-aided design can be referred to herein as a CAD and / or CAM method.
  • the construction mentioned herein refers to an additive near, ⁇ alternate workpiece.
  • the contact structure is or is preferably formed so that it acts as a strong connection between the substrate and the workpiece to be produced during manufacture.
  • the method is preferably feasible with a data processing device.
  • the method comprises detecting a construction area for the workpiece to be manufactured additively or its construction on a substrate or model substrate.
  • the model substrate is preferably a computer-aided constructed and / or modeled substrate which is intended to simulate a real substrate or its properties as accurately as possible, for example by means of FEA.
  • the construction area preferably describes a region of a base area of the workpiece to be produced and / or a corresponding model.
  • the construction area preferably designates the area of the workpiece to be produced additively, which is connected or connected directly to the substrate for the additive construction.
  • the method further includes detecting design parameters for the workpiece to be additively manufactured.
  • the design parameters comprise material information about the materials as well as the material properties of the workpiece to be produced additively and / or of the substrate.
  • the method further includes creating and / or computing at least one geometry for the contact structure in the design area and depending on the design parameters.
  • the virtual geometry comprise a 3D model and / or other indication that play, a user or a person who carries out the method described can be displayed at ⁇ .
  • the said at least one geometry is calculated in such a way that a workpiece produced additively on a real substrate corresponding to the model substrate can be separated from the substrate by cutting, for example mechanical and / or manual cutting.
  • the contact ⁇ structure for example, comprise one or more predetermined breaking points.
  • the at least one geometry of the contact structure is wei ⁇ terhin calculated such that a connection between the substrate and the subsequent additive workpiece to be produced stresses which arise during manufacture, resists, and wherein the user due to the calculation of at least one geometry continues to a signal is warranted if a connection between the substrate and the workpiece to be produced additively, due to the choice of the construction area and / or the design parameters and / or due to the geometry parameters that may have been edited or changed by the user.
  • a renewed modeling of the contact structure may be expediently necessary and carried out by the described method.
  • the workpiece is preferably constructed on the model substrate, and especially directly on the contact structure.
  • Said dicing preferably designates manual breaking or otherwise dicing without machining or machining.
  • a further aspect of the present invention relates to a computer-readable, preferably non-volatile medium or storage medium comprising executable program instructions which are suitable for having a data processing device carry out the following steps:
  • the at least one geometry for the contact structure is calculated such that the geometry has a multiplicity of geometric elements for a plurality of contact structure elements of the contact structure.
  • each contact structure element is connected via a contact surface with the substrate and / or the Modellsub ⁇ strats.
  • the geometry in the model thus corresponds to the contact structure in the real or physical world and geometry elements corresponding to the structural elements con ⁇ tact.
  • the contact surfaces are rectangular square, polygonal, circular and / or oval shaped.
  • the sum of the surface areas of the contact surfaces by a multiple, for example, the fivefold, tenfold or twentyfold, smaller than a congressnin ⁇ halt the design area.
  • the geometry for the contact ⁇ structure is calculated such that the contact structure elements or their side surfaces each have an angle of greater than or equal to 45 ° with a surface of the substrate and / or the Include model substrates.
  • all of the said side surfaces of the contact structure elements form said angle with the substrate surface.
  • a multiplicity of different geometries are calculated for different contact structures.
  • This embodiment allows a user to make a choice about the modeled geometries.
  • the various geometries are subsequently output to a user and / or displayed, that is, after the calculation, whereby the user can choose between the different geometries, for example, depending on the requirement of the workpiece or component.
  • the at least one geometry of the contact structure is output after calculating a user and / or displayed, said geometry parameters, such as the example ⁇ example dimensions of the geometric elements and / or the contact structural elements of the user subsequently, that is after the calculation, edited, and / or can be changed.
  • stresses between the workpiece and the substrate, which arise during production of the workpiece to be produced additively are calculated by means of a finite element analysis (FEA).
  • FEA finite element analysis
  • residual stresses can be calculated by means of the mentioned FEA and / or limit values for the area of the contact areas described above can be calculated.
  • Another aspect of the present invention relates to an additive manufacturing method of a workpiece comprising the method described for modeling the contact structure.
  • the additive manufacturing method further includes computer assisted designing of the additively manufactured workpiece and additive fabrication of the workpiece on the substrate from the modeled contact structure.
  • the additive manufacturing method may include compiling a numerical control program (CAM) after the computer aided design.
  • CAM numerical control program
  • the additive production of the workpiece can furthermore be carried out with the additive manufacturing method, for example by means of SLM, on the basis of the CAM data.
  • the workpiece is separated from the substrate by dicing, or the additive fabrication is separated from the substrate.
  • the contact structure is initially, that is, prepared additive prior to the actual manufacture or additive-up construction of the workpiece or after constructing the herzustel ⁇ lumbar workpiece.
  • the production of the workpiece preferably takes place directly on the contact structure.
  • the method described is a software module for a construction method for the additive production of a workpiece or component.
  • Another aspect of the present invention relates to
  • Embodiments and / or advantages which in the present case relate to the method for modeling and / or the additive manufacturing method can likewise relate to the computer-readable medium and vice versa.
  • FIG. 1 schematically indicates at least parts of a method for modeling a contact structure in the computer-aided design of a component.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a geometry for a workpiece to be produced additively.
  • Figure 3 shows a schematic sectional view of a con tact ⁇ structure on a workpiece to be additive.
  • FIG. 4 shows a flowchart of method steps of the
  • FIG. 1 shows a plan view of a geometry for a contact structure (compare reference numeral 6 in FIG. 2 or 3).
  • the geometry comprises a large number of geometric elements 2, preferably for modeling, a multiplicity of contact structure elements (cf., reference numeral 7 in FIG. 3) of the contact structure.
  • the square geometry elements 2 have a dimension a.
  • the geometry elements 2 may have a rectangular shape (see FIG. Dashed Li ⁇ nien) also having dimensions a and b.
  • the Geomet ⁇ RIE and / or the contact structure of additional forms, examples of play have circular, oval or polygonal shapes.
  • Said contact structure serves to illustrate a method for modeling the contact structure in the computer-aided design of an additively produced workpiece 100 ⁇ (see dashed edge and FIGS. 2 and 3).
  • the geometry is surrounded by a construction area 4.
  • the geometry of elements 2 are all arranged in the Konstrutationsbe ⁇ rich. 4
  • the construction area 4 preferably designates an area on a model substrate 1 ⁇ via which the workpiece in the computer-aided design, for example by means of CAD, for a subsequent additive manufacturing process of the workpiece 100 is connected to or produced on a substrate (see reference number 1 in FIG can.
  • the substrate then preferably corresponds to the model substrate 1 ⁇ of the design or CAD model.
  • the workpiece is, for example, material ⁇ positively and / or metallurgically bonded to the substrate.
  • the multiplicity of geometric elements 2 from FIG. 1 preferably represent a data model for a plurality of contact structure elements 7 (compare reference numeral 7 in FIG. 3) for the contact structure.
  • Each of the contact structure elements 7 is preferably connected via a contact surface 3 to a substrate (cf. FIGS. 2 or 3) ) connected.
  • a workpiece region 5 is indicated by way of example in FIG.
  • the workpiece area 5 marks a possible dimension or contour of the workpiece to be produced additively
  • FIGS 1 and 2 show a schematic sectional or side view of a model example of a construction model of the additive produced workpiece 100 ⁇ or the workpiece 100.
  • additive made with reference to FIGS 1 and 2 is, for example, to recognize that the sum of the areas of the contact surfaces 3 from ⁇ preferably by a multiple, for example, five times, ten times, twenty times or is even smaller than the Area of the construction range 4. This allows the special ⁇ that an additive produced work piece ⁇ ⁇ 1 can be separated after its preparation or construction easy again from the substrate 1.
  • the contact structure 6 is provided for a subsequent, ie after the additive production, simple detachment of the workpiece 100 from the substrate 1.
  • breaking ⁇ or breaks defined or provided wel ⁇ che simply manually and / or broken by the action of force for example, according to the additive preparation and the additive prepared workpiece in order to share, for example, by decomposition , can be easily separated from the substrate 1.
  • the contact structure 6 is arranged or modeled on the substrate 1.1 ⁇ .
  • the workpiece 100 ⁇ to be produced in part is arranged or modeled on the substrate 1.1 ⁇ and directly on the indicated contact structure 6.
  • the contact structure 6 comprises serrated, toothed or triangular contact structure elements 7.
  • the individual Kon ⁇ clock structural elements 7 have a vertical or vertical side surface and a relatively inclined to a vertical side surface 8.
  • the said inclined side surfaces 8 preferably each include an angle greater than or equal to 45 ° with a surface of the substrate 1.1 ⁇ .
  • all side surfaces 8 of the contact structure elements 7 may have an inclination to the vertical.
  • Such a configuration is particularly advantageous for the additive fabrication of the workpiece 100, 100 as beispielswei- se contact structure elements, which include a smaller angle with the substrate surface, bad, or can hardly be addi tive ⁇ manufactured.
  • the reasons for this can be too poor heat dissipation and / or poor support in the powder bed, for example in the SLM process.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional or side view of a workpiece 100 which is produced additively on the contact structure 6 or has been or can be produced. Furthermore, the workpiece area 5 is shown in FIG. The workpiece area 5 is the real dimension of the workpiece 100. On the right edge of the workpiece 100 is shown a region thereof for which no contact structure has been modeled, since this area was not intended for direct contact with the substrate 1 , Only those surfaces or parts of the workpiece 100, which are to be connected directly and / or cohesively to the substrate, are provided by the described method with a contact structure or modeled accordingly. By way of example, an angle is again drawn in which, as described above, is preferably also greater than or equal to 45 ° for all contact structure elements 7.
  • FIG. 4 shows a schematic flow diagram of an additive manufacturing method which comprises the described method for modeling the contact structure.
  • the method for modeling the contact structure 6 comprises in a first method step VI the detection of a
  • the method for modeling preferably in a second method step V2, comprises detecting
  • the consumption parameters are preferably material parameters for the substrate and / or the workpiece 100, 100 ⁇ to be produced additively.
  • the design parameters include information about the corresponding materials.
  • the design parameters may in particular be the (material-dependent) coefficient of thermal expansion, the thermal conductivity, the heat capacity, the mass density, the modulus of elasticity or further parameters of the substrate 1 and of the workpiece 100, 100 ⁇ .
  • the design parameters may include process parameters of any kind.
  • the method for modeling the contact structure 6 furthermore comprises-in a method step V3-the creation of the described geometry in the design area 4 as a function of the said design parameters.
  • the geometry is preferably calculated such that a on a corresponding model substrate substrate additive manufactured notified workpiece 100 ⁇ as indicated above by dividing, ie manual breaking and can be separated subsequently without machine Be ⁇ processing of the substrate 1 preferably.
  • a multiplicity of different geometries are calculated for different contact structures 6 and the different geometries are subsequently output or displayed to a user.
  • the user can then choose between the different geometries (see method step V4).
  • the user may also choose between various geometry parameters which may be output or displayed to the user or a user as part of the computation or modeling of the contact structure 6.
  • various geometry parameters which may be output or displayed to the user or a user as part of the computation or modeling of the contact structure 6.
  • the user can edit and / or modify these geometry parameters (compare dimensions a, b in FIG. 1), for example to correspond to individual requirements of the component.
  • the geometry or the variety of geometries for the contact structure is preferably calculated in such a way within the framework of the method for modeling, that a connection between the substrate and the subsequent additive workpiece to be produced (compare Figure 2) voltages that arise during the herstel ⁇ lung withstand. These voltages can be typical thermo-mechanical stresses, wel ⁇ che occur for example, when SLM process by the large temperature gradients ⁇ (eg. 1000 K / s and more). The tensions arise in particular due to the rapid Aufhei ⁇ zen and the rapid subsequent solidification of the built-up material.
  • Design parameters and / or due to the optionally edited by the user or user of the method or changed geometry parameters can be issued by the described method advantageously a warning to the user (see method step V4).
  • a warning to the user see method step V4.
  • the voltages mentioned are preferably calculated and / or simulated using finite element analysis (FEA). This can be done by means known to those skilled in the prior art. In particular, residual stresses of the component can be calculated, for example, with a lower limit value for the surface area of the contact surfaces 3 by means of FEA (method step V4).
  • FEA finite element analysis
  • the method of modeling further comprises the additive manufacturing method described with reference to method steps V5, V6 and V7:
  • Process step V5 refers to the computer-aided Kon ⁇ struieren the additive workpiece to be produced, preferably after, under the method for modeling, which has been created at least a geometry for the contact structure 6 and / or calculated. Further comprising additive Her ⁇ approval process, for example.
  • step V6 the addi ⁇ tive manufacturing the workpiece 100, 100 ⁇ on the substrate 1 by means of the modeled contact structure 6.
  • the contact structure 6 preferably also produced additively.
  • the additive manufacturing method preferably comprises separating the workpiece and or the component from the substrate by dicing or manual breaking (method step V7).
  • the present invention further comprises a computerles ⁇ bares medium such as a storage medium, such as a Hard disk and / or another data memory comprising executable program instructions, which are suitable, a data processing device (not explicitly marked here) the described steps, that is, the described ⁇ capturing the design area 4 and the design parameters and creating the at least egg nen geometry, to have carried out.
  • ⁇ bares medium such as a storage medium, such as a Hard disk and / or another data memory comprising executable program instructions, which are suitable
  • a data processing device not explicitly marked here
  • the described steps that is, the described ⁇ capturing the design area 4 and the design parameters and creating the at least egg nen geometry, to have carried out.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modellierung einer Kontaktstruktur (6) in der rechnerunterstützten Konstruktion eines additiv herzustellenden Werkstücks (100), wobei das Verfahren das Erfassen eines Konstruktionsbereichs (4) für das additiv herzustellende Werkstück (100) auf einem Modellsubstrat (1') umfasst sowie das Erfassen von Konstruktionsparametern für das additiv herzustellende Werkstück (100') und das Erstellen mindestens einer Geometrie für die Kontaktstruktur (6) in dem Konstruktionsbereich (4) und in Abhängigkeit der Konstruktionsparameter, wobei die mindestens eine Geometrie derart berechnet wird, dass ein auf einem dem Modellsubstrat (1') entsprechenden Substrat (1) additiv hergestelltes Werkstück (100) durch Zerteilen von dem Substrat (1) getrennt werden kann. Es wird weiterhin ein computerlesbares Medium angegeben, umfassend ausführbare Programmanweisungen, welche geeignet sind, eine Datenverarbeitungseinrichtung die beschriebenen Schritte durchführen zu lassen.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND COMPUTERLESBARES MEDIUM ZUR MODELLIERUNG EINER KONTAKTSTRUKTUR
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Model¬ lierung einer Kontaktstruktur in der rechnerunterstützten Konstruktion eines additiv herzustellenden Werkstücks und ein entsprechendes computerlesbares Medium, beispielsweise ein Speichermedium.
Ein computerlesbares Medium und ein entsprechendes Verfahren sind beispielsweise bekannt aus WO 2015/106020 AI. Die additive oder generative Fertigung von Werkstücken oder Bauteilen erfolgt meistens direkt anhand von rechnerinternen Datenmodellen. Dabei wird das Werkstück vorzugsweise durch einen Urformprozess , beispielsweise mittels pulverbett- basierten Verfahren hergestellt und/oder aufgebaut, wobei vorteilhafterweise im Wesentlichen auf zerspanende Arbeits¬ schritte verzichtet werden kann. Bekannte Verfahren sind ins¬ besondere das selektive Laserschmelzen (SLM: englisch für „Selective Laser Melting") , das selektive Lasersintern (SLS: englisch für „Selective Laser Sintering") und das Elektronen- strahlschmelzen (EBM: englisch für „Electron Beam Melting") .
Zur Darstellung eines Bauteiles beispielsweise mittels SLM wird ein Pulverbett mittels eines Laserstrahles gemäß einer vorgegebenen Belichtungsgeometrie belichtet, wobei die Daten aus einer 3D-Datei erzeugt werden können. In einem ersten
Schritt wird das Werkstück oder Bauteil in einzelne Schichten unterteilt. In einem zweiten Schritt werden für jede Schicht die Bahnen oder Vektoren erzeugt, die der Laserstrahl abfährt. Ist eine Pulverschicht belichtet, so wird die Bauteil- plattform abgesenkt und eine neue Schicht Pulver mittels ei¬ nes Schiebers, beispielsweise eines Rechens aufgebracht und dann erneut mit dem Laser, welcher das Pulver aufschmilzt und verfestigen lässt, belichtet. Häufig wird in der additiven Fertigung das Werkstück mithilfe von gängigen rechnerunterstützten Konstruktionen oder CAD (englisch für „Computer Aided Design") entworfen und insbesondere bei 3D Konstruktionen einschlägige Materialparameter häufig mittels Finite- Elemente-Analyse (FEA) simuliert.
Weiterhin kann durch CAM-Technologie (englisch für „Computer Aided Manufacturing" ) komplett auf die Verwendung von technischen Zeichnungen verzichtet werden.
Weiterhin müssen beim SLM-Verfahren häufig Stützstrukturen herangezogen werden, um beispielsweise Überhänge im Werkstück bezogen auf ein Herstellungssubstrat oder auf eine Bauteil¬ plattform während der Fertigung abzustützen und/oder die Wär- me des zum Aufschmelzen des Pulvers benutzten Laserstrahls abzuführen. Bei besonders kleinen additiv zu fertigenden Teilen kann dagegen auf Stützstrukturen verzichtet werden, da die Wärmeabfuhr kein so großes Problem darstellt. Da die Werkstücke durch den Schmelzprozess (vergleiche SLM- und EBM-Verfahren) vorzugsweise Stoffschlüssig mit einem Bau¬ teilsubstrat verbunden werden, müssen die Werkstücke nach dem additiven Aufbau durch aufwendige mechanische oder zerspanende Bearbeitungsschritte wieder vom Substrat getrennt werden. Als Alternative dazu kann auch auf Bruchstrukturen („easy-to- break"-Strukturen) zurückgegriffen werden, wobei das Werkstück durch Brechen oder Krafteinwirkung nach dem Aufbau wieder vom Substrat getrennt werden kann. Die additive Herstellung von Werkstücken, beispielsweise
Kunststoffen, keramischen Werkstücken oder auch metallischen Werkstücken wie beispielsweise Turbinenkomponenten, insbesondere Teilen im Heißgaspfad von Gasturbinen, bietet eine Viel¬ zahl von Vorteilen hinsichtlich der Fertigung als auch der Reparatur dieser Werkstücke. Von besonderer Bedeutung ist im Zusammenhang mit dem eigentlichen additiven Aufbau ebenfalls die Verarbeitung oder das Handling der Konstruktionsdaten, die Simulation und die Modellierung der entsprechenden Bau- teilgeometrie . Als besonders aufwendig erweist sich in der CAD-Konstruktion beispielsweise die Modellierung der oben genannten komplizierten Bruchstrukturen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit denen die genannten Probleme gelöst und eine entsprechende Konstruktion und/oder additive Herstellung der Werkstücke verbessert werden können. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen An¬ sprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modellierung einer Kontaktstruktur bzw. ein Modellierungsverfahren in der rechnerunterstützten Konstruktion.
Mit der rechnergestützten Konstruktion kann vorliegend ein CAD- und/oder CAM-Verfahren bezeichnet sein. Die genannte Konstruktion bezieht sich vorliegend auf ein additiv herzu¬ stellendes Werkstück. Die Kontaktstruktur ist oder wird vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie als feste Verbindung zwischen dem Substrat und dem herzustellenden Werkstück während der Herstellung fungiert.
In einer Ausgestaltung ist das Verfahren vorzugsweise mit einer Datenverarbeitungseinrichtung durchführbar.
Das Verfahren umfasst das Erfassen eines Konstruktionsbe- reichs für das additiv herzustellende Werkstück oder dessen Konstruktion auf einem Substrat oder Modellsubstrat.
Bei dem Modellsubstrat handelt es sich vorzugsweise um ein rechnergestützt konstruiertes und/oder modelliertes Substrat, welches beispielsweise mittels FEA ein reales Substrat oder dessen Eigenschaften möglichst genau simulieren soll. Der Konstruktionsbereich beschreibt vorzugsweise einen Bereich einer Grundfläche des herzustellenden Werkstücks und oder eines entsprechenden Modells. Vorzugsweise bezeichnet der Konstruktionsbereich den Bereich des additiv herzustel- lenden Werkstücks, welcher für den additiven Aufbau direkt mit dem Substrat verbunden ist oder verbunden wird.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Erfassen von Konstruktionsparametern für das additiv herzustellende Werkstück.
In einer Ausgestaltung umfassen die Konstruktionsparameter Materialinformationen über die Materialien als auch die Materialeigenschaften des additiv herzustellenden Werkstücks und/oder des Substrats.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Erstellen und/oder Berechnen mindestens einer Geometrie für die Kontaktstruktur in dem Konstruktionsbereich und in Abhängigkeit der Konstruktionsparameter. Dabei kann die virtuelle Geometrie ein 3D- Modell und/oder eine andere Anzeige umfassen, welche bei¬ spielsweise einem Benutzer oder einer Person, welche das beschriebene Verfahren durchführt, angezeigt werden kann.
Die genannte mindestens eine Geometrie wird derart berechnet, dass ein auf einem dem Modellsubstrat entsprechenden realen Substrat additiv hergestelltes Werkstück durch Zerteilen, beispielsweise mechanisches und/oder manuelles Zerteilen, von dem Substrat getrennt werden kann. Dazu kann die Kontakt¬ struktur beispielsweise eine oder mehrere Sollbruchstellen umfassen.
Die mindestens eine Geometrie der Kontaktstruktur wird wei¬ terhin derart berechnet, dass eine Verbindung zwischen dem Substrat und dem darauf additiv herzustellenden Werkstück Spannungen, welche während einer Herstellung entstehen, standhält, und wobei der Benutzer aufgrund der Berechnung der mindestens einen Geometrie weiterhin über ein Signal gewarnt wird, wenn eine Verbindung zwischen dem Substrat und dem da- rauf additiv herzustellenden Werkstück den während der addi- tiven Herstellung entstehenden Spannungen aufgrund der Wahl des Konstruktionsbereichs und/oder der Konstruktionsparameter und/oder aufgrund der gegebenenfalls vom Benutzer editierten oder geänderten Geometrieparameter, nicht standhält.
Demgemäß kann nach einer Änderung oder Eingabe des Benutzers hinsichtlich der Geometrieparameter zweckmäßigerweise eine erneute Modellierung der Kontaktstruktur erforderlich sein und vom beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
Das Werkstück wird vorzugsweise auf dem Modellsubstrat und insbesondere unmittelbar auf der Kontaktstruktur konstruiert.
Das genannte Zerteilen bezeichnet vorzugsweise ein manuelles Brechen oder anderweitiges Zerteilen ohne zerspanende oder spanende Bearbeitung.
Mithilfe des beschriebenen Verfahrens wird vorteilhafterweise erreicht, eine Kontaktstruktur anzugeben die automatisch mo- delliert wurde, ohne dass eine „manuelle" Modellierung, bei- spielsweise einzelner Kontaktstrukturelemente erforderlich ist. Zweckmäßigerweise ermöglicht die beschriebene Kontakt- struktur auf einfache Weise das Lösen oder Trennen des Werk- Stücks von dem Substrat.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerlesbares, vorzugsweise nicht-flüchtiges Medium oder Speichermedium umfassend ausführbare Programmanweisungen, welche geeignet sind, eine Datenverarbeitungseinrichtung die folgenden Schritte durchführen zu lassen:
Erfassen eines Konstruktionsbereichs für das additiv her¬ zustellende Werkstück auf dem Substrat bzw. Modellsub¬ strat,
Erfassen von Konstruktionsparametern für das additiv herzustellende Werkstück und Erstellen mindestens einer Geometrie für die Kontakt¬ struktur in dem Konstruktionsbereich und in Abhängigkeit der Konstruktionsparameter, wobei die mindestens eine Geometrie derart berechnet wird, dass ein auf einem dem Mo- dellsubstrat entsprechenden Substrat additiv hergestell¬ tes Werkstück durch Zerteilen von dem Substrat getrennt werden kann.
In einer Ausgestaltung wird die mindestens eine Geometrie für die Kontaktstruktur derart berechnet, dass die Geometrie eine Vielzahl von Geometrieelementen für eine Vielzahl von Kontaktstrukturelementen der Kontaktstruktur aufweist. Durch diese Ausgestaltung kann besonders vorteilhaft eine zweckmä¬ ßige Kontaktstruktur ausgebildet werden.
In einer Ausgestaltung ist jedes Kontaktstrukturelement über eine Kontaktfläche mit dem Substrat und/oder des Modellsub¬ strats verbunden. Gemäß der gewählten Nomenklatur entspricht die Geometrie in dem Modell also der Kontaktstruktur in der realen oder physischen Welt und die Geometrieelemente entsprechend den Kon¬ taktstrukturelementen . In einer Ausgestaltung sind die Kontaktflächen rechteckig quadratisch, polygonal, kreisförmig und/oder oval geformt.
In einer Ausgestaltung ist die Summe der Flächeninhalte der Kontaktflächen um ein Vielfaches, beispielsweise das Fünffa- che, Zehnfache oder Zwanzigfache, kleiner als ein Flächenin¬ halt des Konstruktionsbereichs. Durch diese Ausgestaltung er¬ möglicht die Kontaktstruktur besonders zweckmäßig das nach¬ trägliche Ablösen oder Trennen des Werkstücks vom Substrat. In einer Ausgestaltung wird die Geometrie für die Kontakt¬ struktur derart berechnet, dass die Kontaktstrukturelemente bzw. deren Seitenflächen jeweils einen Winkel von größer oder gleich 45° mit einer Oberfläche des Substrats und/oder des Modellsubstrats einschließen. Vorzugsweise bilden sämtliche der genannten Seitenflächen der Kontaktstrukturelemente den genannten Winkel mit der Substratoberfläche. In einer Ausgestaltung wird eine Vielzahl von verschiedenen Geometrieen für verschiedene Kontaktstrukturen berechnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht beispielsweise einem Benutzer eine Auswahl über die modellierten Geometrieen zu treffen. In einer Ausgestaltung werden die verschiedenen Geometrieen anschließend, das heißt nach der Berechnung, einem Benutzer ausgegeben und/oder angezeigt, wobei der Benutzer zwischen den verschiedenen Geometrieen, beispielsweise je nach Anforderung des Werkstücks oder Bauteils, wählen kann.
In einer Ausgestaltung wird die mindestens eine Geometrie der Kontaktstruktur nach dem Berechnen einem Benutzer ausgegeben und/oder angezeigt, wobei Geometrieparameter, wie beispiels¬ weise Abmessungen der Geometrieelemente und/oder der Kontakt- Strukturelemente von dem Benutzer anschließend, d.h. nach der Berechnung, editiert und/oder geändert werden können.
In einer Ausgestaltung werden bei der Berechnung der mindestens einen Geometrie Spannungen zwischen dem Werkstück und dem Substrat, welche während einer Herstellung des additiv herzustellenden Werkstücks entstehen mittels einer Finite- Elemente-Analyse (FEA) berechnet. Mittels der genannten FEA können insbesondere Eigenspannungen berechnet und/oder Grenzwerte für den Flächeninhalt der oben beschriebenen Kontakt- flächen berechnet werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren eines Werkstücks umfassend das beschriebene Verfahren zur Modellierung der Kontaktstruk- tur. Das additive Herstellungsverfahren umfasst weiterhin das rechnerunterstützte Konstruieren des additiv herzustellenden Werkstücks und das additive Herstellen des Werkstücks auf dem Substrat anhand der modellierten Kontaktstruktur. Weiterhin kann das additive Herstellungsverfahren nach dem rechnerunterstützten Konstruieren das Erstellen eines numerischen Steuerprogramms (CAM) umfassen. Die additive Herstel- lung des Werkstücks kann weiterhin mit dem additiven Herstellungsverfahren, beispielsweise mittels SLM, auf Basis der CAM-Daten erfolgen.
In einer Ausgestaltung wird das Werkstück nach dem additiven Herstellen durch Zerteilen von dem Substrat getrennt oder der additiven Herstellung von dem Substrat getrennt.
In einer Ausgestaltung wird die Kontaktstruktur zunächst, d.h. vor der eigentlichen Herstellung oder dem additiven Auf- bau des Werkstücks oder nach dem Konstruieren des herzustel¬ lenden Werkstücks, additiv hergestellt.
In einer Ausgestaltung erfolgt die Herstellung des Werkstücks vorzugsweise unmittelbar auf der Kontaktstruktur.
In einer Ausgestaltung ist das beschriebene Verfahren ein Software-Modul für ein Konstruktionsverfahren für die additive Herstellung eines Werkstücks oder Bauteils. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein
Werkstück oder Bauteil, welches mit dem beschriebenen additiven Herstellungsverfahren hergestellt oder herstellbar ist.
Ausgestaltungen und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf das Verfahren zur Modellierung und/oder das additive Herstellungsverfahren beziehen, können sich ebenso auf das computerlesbares Medium beziehen und umgekehrt.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugs¬ zeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile und Bereiche zur besse¬ ren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein. Figur 1 deutet schematisch zumindest Teile eines Verfahrens zur Modellierung einer Kontaktstruktur in der rechnerunterstützten Konstruktion eines Bauteils an.
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Geo- metrie für ein additiv herzustellendes Werkstück.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Kon¬ taktstruktur für ein additiv herzustellendes Werkstück .
Figur 4 zeigt in einem Flussdiagramm Verfahrensschritte des
Verfahrens gemäß Figur 1.
Figur 1 deutet in einer Aufsicht eine Geometrie für eine Kon- taktstruktur an (vergleiche Bezugszeichen 6 in Figur 2 oder 3) . Die Geometrie umfasst eine Vielzahl von Geometrieelementen 2 vorzugsweise für die Modellierung eine Vielzahl von Kontaktstrukturelementen (vgl. Bezugszeichen 7 in Figur 3) der Kontaktstruktur. Die quadratischen Geometrieelemente 2 weisen eine Abmessung a auf. Alternativ können die Geometrieelemente 2 eine rechteckige Form haben (vgl. gestrichelte Li¬ nien) ebenfalls mit Abmessungen a und b. Ohne dass dies in den Zeichnungen explizit gekennzeichnet ist, kann die Geomet¬ rie und/oder die Kontaktstruktur zusätzliche Formen, bei- spielsweise kreisförmige, ovale oder polygonale Formen haben.
Die genannte Kontaktstruktur dient zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Modellierung der Kontaktstruktur in der rechnerunterstützten Konstruktion eines additiv herzustellen- den Werkstücks 100 λ (vergleiche gestrichelter Rand und Figur 2 und 3) . Die Geometrie ist umgeben von einem Konstruktionsbereich 4. Die Geometrieelemente 2 sind sämtlich in dem Konstruktionsbe¬ reich 4 angeordnet. Der Konstruktionsbereich 4 bezeichnet vorzugsweise eine Fläche auf einem Modellsubstrat 1 λ über die das Werkstück in der rechnerunterstützten Konstruktion, beispielsweise mittels CAD, für ein anschließendes additives Herstellungsverfahren des Werkstücks 100 mit einem Substrat (vgl. Bezugszeichen 1 in Figur 3) verbunden oder darauf hergestellt werden kann. Das Substrat entspricht dann vorzugs- weise dem Modellsubstrat 1 λ des Konstruktions- oder CAD- Modells .
Beim SLM-Verfahren wird das Werkstück beispielsweise stoff¬ schlüssig und/oder metallurgisch mit dem Substrat verbunden.
Die Vielzahl von Geometrieelementen 2 aus Figur 1 stellt vorzugsweise ein Datenmodell für eine Vielzahl von Kontaktstrukturelementen 7 (vergleiche Bezugszeichen 7 in Figur 3) für die Kontaktstruktur dar. Jedes der Kontaktstrukturelemente 7 ist vorzugsweise über eine Kontaktfläche 3 mit einem Substrat (vergleiche Figuren 2 oder 3) verbunden.
Weiterhin ist in Figur 1 ein Werkstückbereich 5 beispielhaft angedeutet. Der Werkstückbereich 5 markiert eine mögliche Ab- messung oder Kontur des additiv herzustellenden Werkstücks
100 λ. Der Konstruktionsbereich 4 liegt in der gezeigten Aufsicht beispielsweise vollständig innerhalb des Werkstückbe¬ reichs 5. Figur 2 zeigt eine schematische Schnitt- oder Seitenansicht eines Modells, beispielsweise eines Konstruktionsmodells des additiv herzustellenden Werkstücks 100 λ oder des additiv hergestellten Werkstücks 100. Anhand der Figuren 1 und 2 ist beispielsweise zu erkennen, dass die Summe der Flächeninhalte der Kontaktflächen 3 vor¬ zugsweise um ein Vielfaches, beispielsweise das Fünffache, das Zehnfache, das Zwanzigfache oder noch kleiner ist als der Flächeninhalt des Konstruktionsbereichs 4. Dadurch wird ins¬ besondere ermöglicht, dass ein additiv hergestelltes Werk¬ stück nach dessen Herstellung oder Aufbau einfach wieder von dem Substrat 1, 1λ getrennt werden kann.
Zweckmäßige Flächeninhalte oder Abmessungen der Kontaktflä¬ chen sind einem Fachmann entweder bekannt oder erschließen sich ihm ohne erfinderisches Zutun mithilfe eines Konstrukti¬ onsprogramms und/oder einer Finite-Elemente-Analyse des Stan- des der Technik.
Die Kontaktstruktur 6 ist für eine nachträgliche, d.h. nach der additiven Herstellung, einfache Ablösung des Werkstücks 100 von dem Substrat 1 vorgesehen. Über die einzelnen Geomet- rieelemente 2 bzw. Kontaktstrukturelemente 7 werden Bruch¬ stellen oder Bruchstellen definiert oder bereitgestellt, wel¬ che beispielsweise nach der additiven Herstellung einfach manuell und/oder durch Krafteinwirkung gebrochen, und das additiv hergestellte Werkstück damit, beispielsweise durch Zer- teilen, auf einfache Weise von dem Substrat 1 getrennt werden kann .
Diese Technik bietet zumindest für relativ kleine additiv herzustellende Werkstücke, wie beispielsweise Brennerdüsen von Gasturbinen einen Vorteil, so dass auf aufwendige zerspa¬ nende Bearbeitungsprozesse zum Lösen oder Trennen des Werk¬ stücks 100 vom Substrat zumindest größtenteils verzichtet werden kann. Die Kontaktstruktur 6 ist auf dem Substrat 1,1λ angeordnet bzw. modelliert. Das teilweise dargestellte herzustellende Werkstück 100 λ ist auf dem Substrat 1,1λ und unmittelbar auf der angedeuteten Kontaktstruktur 6 angeordnet bzw. modelliert. Die Kontaktstruktur 6 umfasst zackenförmige, verzahnte oder dreieckige Kontaktstrukturelemente 7. Die einzelnen Kon¬ taktstrukturelemente 7 weisen eine senkrechte oder vertikale Seitenfläche und eine relativ zu einer Vertikalen geneigte Seitenfläche 8 auf. Die genannten geneigten Seitenflächen 8 schließen vorzugsweise jeweils einen Winkel von größer oder gleich 45° mit einer Oberfläche des Substrats 1,1λ ein.
Abweichend von den Darstellungen der Figuren 2 und 3 können sämtliche Seitenflächen 8 der Kontaktstrukturelemente 7 eine Neigung zu der Vertikalen aufweisen.
Eine solche Ausgestaltung ist besonders zweckmäßig für die additive Fertigung des Werkstücks 100, 100 da beispielswei- se Kontaktstrukturelemente, welche einen kleineren Winkel mit der Substratoberfläche einschließen, schlecht oder kaum addi¬ tiv gefertigt werden können. Die Gründe dafür können eine zu schlechte Wärmeabfuhr und/oder eine schlechte Unterstützung im Pulverbett, beispielsweise beim SLM Verfahren, sein.
Für diejenigen Bereiche des Werkstücks 100, welche - gemäß der individuellen Geometrie des Bauteils - ohnehin einen spitzen Winkel, d.h. einen Winkel von gleich oder größer als 45°, mit dem Substrat oder seiner Oberfläche einschließen, braucht vorzugsweise keine separate Kontaktstruktur model¬ liert zu werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnitt- oder Seitenansicht eines Werkstücks 100, welches auf der Kontaktstruktur 6 addi- tiv hergestellt wird oder wurde bzw. herstellbar ist. Weiterhin ist in Figur 3 der Werkstückbereich 5 gezeigt. Bei dem Werkstückbereich 5 handelt es sich um die reale Abmessung des Werkstücks 100. Am rechten Rand des Werkstücks 100 ist ein Bereich desselben gezeigt, für den keine Kontaktstruktur mo- delliert wurde, da dieser Bereich nicht für den unmittelbaren Kontakt mit dem Substrat 1 vorgesehen war. Lediglich diejenigen Flächen oder Teile des Werkstücks 100, welche unmittelbar und/oder Stoffschlüssig mit dem Substrat zu verbinden sind, werden durch das beschriebene Verfahren mit einer Kontakt- struktur versehen oder entsprechend modelliert. Exemplarisch ist wieder ein Winkel eingezeichnet, welcher wie oben beschrieben vorzugsweise ebenfalls größer oder gleich 45° für alle Kontaktstrukturelemente 7 ist. Figur 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines additiven Herstellungsverfahrens, welches das beschriebene Verfahren zur Modellierung der Kontaktstruktur umfasst.
Das Verfahren zur Modellierung der Kontaktstruktur 6 umfasst in einem ersten Verfahrensschritt VI das Erfassen eines
Konstruktionsbereichs 4 für das additiv herzustellende Werk¬ stück auf einem Modellsubstrat 1 λ .
Weiterhin umfasst das Verfahren zur Modellierung, vorzugswei- se in einem zweiten Verfahrensschritt V2, das Erfassen von
Konstruktionsparametern für das additiv herzustellende Werkstück. Bei den Konsumtionsparametern handelt es sich vorzugsweise um Materialparameter für das Substrat und oder das additiv herzustellende Werkstück 100, 100 λ. Beispielsweise um- fassen die Konstruktionsparameter Informationen zu den entsprechenden Materialien. Bei den Konstruktionsparametern kann es sich insbesondere um den (materialabhängigen) thermischen Ausdehnungskoeffizienten, die thermische Leitfähigkeit, die Wärmekapazität, die Massendichte, den Elastizitätsmodul oder weitere Parameter des Substrats 1 und des Werkstücks 100, 100 λ handeln. Weiterhin können die Konstruktionsparameter Verfahrensparameter jeglicher Art umfassen.
Das Verfahren zur Modellierung der Kontaktstruktur 6 umfasst weiterhin - in einem Verfahrensschritt V3 - das Erstellen der beschriebenen Geometrie in dem Konstruktionsbereich 4 in Abhängigkeit der genannten Konstruktionsparameter. Die Geometrie wird vorzugsweise derart berechnet, dass ein auf einem dem Modellsubstrat entsprechenden Substrat additiv herge- stelltes Werkstück 100 λ wie oben angedeutet durch Zerteilen, d.h. manuelles Brechen und vorzugsweise ohne zerspanende Be¬ arbeitung nachträglich von dem Substrat 1 getrennt werden kann . Gemäß dem beschriebenen Verfahren zur Modellierung der Kontaktstruktur 6, werden eine Vielzahl von verschiedenen Geo- metrieen für verschiedene Kontaktstrukturen 6 berechnet und die verschiedenen Geometrieen anschließend einem Benutzer ausgegeben oder angezeigt. Vorzugweise kann der Benutzer dann zwischen den verschiedenen Geometrieen wählen (vergleiche Verfahrensschritt V4). Vorzugsweise kann der Benutzer auch zwischen verschiedenen Geometrieparametern wählen, welche dem Benutzer oder einem Anwender im Rahmen der Berechnung oder Modellierung der Kontaktstruktur 6 ausgegeben oder angezeigt werden können. Beispielsweise kann der Benutzer diese Geometrieparameter (vergleiche Abmessungen a, b in Figur 1) editieren und/oder ändern, beispielsweise um individuellen Anforderungen des Bauteils zu entsprechen.
Die Geometrie oder die Vielzahl von Geometrieen für die Kontaktstruktur wird vorzugsweise im Rahmen des Verfahren zur Modellierung derart berechnet, dass eine Verbindung zwischen dem Substrat und dem darauf additiv herzustellenden Werkstück (vergleiche Figur 2) Spannungen, welche während der Herstel¬ lung entstehen, standhält. Bei solchen Spannungen kann es sich um typische thermo-mechanische Spannungen handeln, wel¬ che beispielsweise beim SLM-Prozess durch die großen Tempera¬ turgradienten (bspw. von 1000 K/s und mehr) entstehen. Die Spannungen entstehen insbesondere durch das schnelle Aufhei¬ zen sowie das rasche anschließende Erstarren des aufgebauten Materials .
Falls die genannte Verbindung aufgrund einer Eingabe oder Wahl des Konstruktionsbereichs, aufgrund der Wahl der
Konstruktionsparameter und/oder aufgrund der gegebenenfalls vom Benutzer oder Anwender des Verfahrens editierten oder geänderten Geometrieparameter nicht standhält, kann von dem beschriebenen Verfahren vorteilhafterweise eine Warnung an den Benutzer ausgegeben werden (vgl. Verfahrensschritt V4). Dadurch wird zweckmäßigerweise zumindest die Berechnung des Verfahrens zur Modellierung oder aber das gesamte Verfahren erneut durchgeführt.
Die genannten Spannungen werden vorzugsweise mithilfe einer Finite-Elemente-Analyse (FEA) berechnet und oder simuliert. Dies kann durch dem Fachmann bekannte Mittel des Standes der Technik geschehen. Insbesondere können Eigenspannungen des Bauteils beispielsweise mit einem unteren Grenzwert für den Flächeninhalte der Kontaktflächen 3 mittels FEA berechnet werden (Verfahrensschritt V4).
Die unter V4 beschriebenen Verfahrensschritte, sind, angedeu¬ tet durch die Strichelung in der Abbildung, vorzugsweise als vorteilhaft oder optional und nicht zwingend als wesentlich zu betrachten.
Das Verfahren zur Modellierung umfasst weiterhin das anhand der Verfahrensschritte V5, V6 und V7 beschriebene additiven Herstellungsverfahren :
Verfahrensschritt V5 bezeichnet das rechnerunterstützte Kon¬ struieren des additiv herzustellenden Werkstücks, vorzugsweise nachdem, im Rahmen des Verfahren zur Modellierung, die zumindest eine Geometrie für die Kontaktstruktur 6 erstellt und/oder berechnet wurde. Weiterhin umfasst das additive Her¬ stellungsverfahren, bspw. in Verfahrensschritt V6, das addi¬ tive Herstellen des Werkstücks 100, 100 λ auf dem Substrat 1 anhand der modellierten Kontaktstruktur 6. Vor der additiven Herstellung des Werkstücks 100 100, kann die Kontaktstruk- tur 6 vorzugweise ebenfalls additiv hergestellt werden.
Weiterhin umfasst das additive Herstellungsverfahren vorzugsweise das Trennen des Werkstücks und oder des Bauteils von dem Substrat durch Zerteilen oder manuelles Brechen (Verfah- rensschritt V7) .
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein computerles¬ bares Medium, beispielsweise ein Speichermedium, wie eine Festplatte und/oder einen anderen Datenspeicher umfassend ausführbare Programmanweisungen, welche geeignet sind, eine Datenverarbeitungseinrichtung (hier nicht explizit gekennzeichnet) die beschriebenen Schritte, das heißt, das be¬ schriebene Erfassen des Konstruktionsbereichs 4 und der Konstruktionsparameter sowie das Erstellen der mindestens ei nen Geometrie, durchführen zu lassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Modellierung einer Kontaktstruktur (6) in der rechnerunterstützten Konstruktion eines additiv herzu- stellenden Werkstücks (100), wobei das Verfahren die folgen¬ den Schritte umfasst:
Erfassen eines Konstruktionsbereichs (4) für das additiv herzustellende Werkstück (100) auf einem Modellsubstrat (1 ),
Erfassen von Konstruktionsparametern für das additiv herzustellende Werkstück (100 λ) und
Erstellen mindestens einer Geometrie für die Kontakt¬ struktur (6) in dem Konstruktionsbereich (4) und in Ab- hängigkeit der Konstruktionsparameter, wobei die mindes¬ tens eine Geometrie derart berechnet wird, dass ein auf einem dem Modellsubstrat (1λ) entsprechenden Substrat (1) additiv hergestelltes Werkstück (100) durch Zerteilen von dem Substrat (1) getrennt werden kann, wobei die mindes- tens eine Geometrie der Kontaktstruktur (6) derart be¬ rechnet wird, dass eine Verbindung zwischen dem Substrat (1) und dem darauf additiv herzustellenden Werkstück (100) Spannungen, welche während einer Herstellung entstehen, standhält und wobei der Benutzer aufgrund der Be- rechnung der mindestens einen Geometrie über ein Signal gewarnt wird, wenn eine Verbindung zwischen dem Substrat (1) und dem darauf additiv herzustellenden Werkstück (100 λ) den während der additiven Herstellung entstehenden Spannungen aufgrund der Wahl des Konstruktionsbereichs (4) und/oder der Konstruktionsparameter nicht standhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Geo¬ metrie für die Kontaktstruktur (6) derart berechnet wird, dass die Geometrie eine Vielzahl von Geometrieelementen (2) für eine Vielzahl von Kontaktstrukturelementen (7) der Kontaktstruktur (6) aufweist, und wobei jedes Kontaktstrukturelement (7) über eine Kontaktfläche (3) mit dem Substrat (1) verbunden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kontaktflächen (3) rechteckig, quadratisch, polygonal, kreisförmig und/oder oval geformt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Summe der Flächeninhalte der Kontaktflächen (3) um ein Vielfaches kleiner ist als ein Flächeninhalt des Konstruktionsbereichs (4).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei
die mindestens eine Geometrie für die Kontaktstruktur (6) derart berechnet wird, dass die Kontaktstrukturelemente (7) jeweils einen Winkel ( ) von größer oder gleich 45° mit einer Oberfläche des Substrats (1) einschließen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von verschiedenen Geometrieen für verschiedene Kontaktstrukturen (6) berechnet und die verschiedenen Geometrieen anschließend einem Benutzer ausgegeben werden und wobei der Benutzer zwischen den verschiedenen Geometrieen wählen kann.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Geometrie der Kontaktstruktur (6) nach dem Berechnen einem Benutzer ausgegeben wird und wobei Geo- metrieparameter von dem Benutzer anschließend editiert werden können .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Berechnung der mindestens einen Geometrie Spannungen, welche während einer Herstellung des additiv herzustellenden Werkstücks (100 λ) entstehen, mittels einer Finite-Elemente- Analyse berechnet werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konstruktionsparameter Materialinformationen des additiv herzustellenden Werkstücks (100 λ) und Materialinformationen des Substrats (1) umfassen.
10. Additives Herstellungsverfahren eines Werkstücks (100), umfassend das Verfahren zur Modellierung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend die folgenden Schritte : rechnerunterstütztes Konstruieren des additiv herzustel¬ lenden Werkstücks (100 λ),
additives Herstellen des Werkstücks (100) auf dem Sub¬ strat anhand der modellierten Kontaktstruktur (6).
11. Additives Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, wobei das Werkstück nach der additiven Herstellung durch Zerteilen von dem Substrat getrennt wird.
12. Additives Herstellungsverfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Kontaktstruktur (6) zunächst additiv hergestellt wird und die Herstellung des Werkstücks (100, 100 λ) auf der Kontaktstruktur (6) erfolgt.
13. Computerlesbares Medium, umfassend ausführbare Programm¬ anweisungen, welche geeignet sind, eine Datenverarbeitungs¬ einrichtung die folgenden Schritte durchführen zu lassen:
Erfassen eines Konstruktionsbereichs (4) für das additiv herzustellende Werkstück (100 λ) auf einem Modellsubstrat
(1 λ) ,
Erfassen von Konstruktionsparametern für das additiv herzustellende Werkstück (100 λ) und
Erstellen mindestens einer Geometrie für die Kontakt- struktur (6) in dem Konstruktionsbereich (4) und in Abhängigkeit der Konstruktionsparameter, wobei die mindestens eine Geometrie derart berechnet wird, dass ein auf einem dem Modellsubstrat (1λ) entsprechenden Substrat (1) additiv hergestelltes Werkstück (100) durch Zerteilen von dem Substrat (1) getrennt werden kann.
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