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WO2019158303A1 - Additives herstellverfahren mit kontrollierter verfestigung und zugehörige vorrichtung - Google Patents

Additives herstellverfahren mit kontrollierter verfestigung und zugehörige vorrichtung Download PDF

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WO2019158303A1
WO2019158303A1 PCT/EP2019/051224 EP2019051224W WO2019158303A1 WO 2019158303 A1 WO2019158303 A1 WO 2019158303A1 EP 2019051224 W EP2019051224 W EP 2019051224W WO 2019158303 A1 WO2019158303 A1 WO 2019158303A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
energy
solidification
building material
layer
energy beam
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/051224
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Edelhäuser
Michael GÖTH
Ludger HÜMMELER
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.)
EOS GmbH
Original Assignee
EOS GmbH
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 EOS GmbH filed Critical EOS GmbH
Priority to US16/970,582 priority Critical patent/US12064813B2/en
Publication of WO2019158303A1 publication Critical patent/WO2019158303A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present application relates to a method and a device for providing control data for an additive manufacturing device, a correspondingly adapted additive manufacturing method, a correspondingly adapted device for driving energy input devices in an additive manufacturing device, a correspondingly adapted additive manufacturing device and a corresponding - fitted computer program.
  • Additive manufacturing devices and related processes are generally characterized by fabricating objects in them by solidifying a shapeless build material layer by layer.
  • the solidification can be effected, for example, by supplying thermal energy to the building material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation (e.g., laser sintering (SLS or DMLS) or laser melting or electron beam melting).
  • electromagnetic radiation or particle radiation e.g., laser sintering (SLS or DMLS) or laser melting or electron beam melting.
  • laser sintering or laser melting for example, the impact area of a laser beam on a layer of the building material is moved over those locations of the layer which correspond to the object cross section of the object to be produced in this layer.
  • WO 2016/079496 A1 describes a scanning of locations of a building material layer during pulsed laser operation.
  • WO 2016/079496 A1 proposes scanning the build material with the laser beam in a first pass in a discontinuous manner (ie incompletely) and then scanning the material in the gaps in a second pass.
  • a line-like scanning of the building material should be avoided, so that the material is irradiated approximately pointwise within a passage, whereby the individual points should not adjoin one another.
  • the object of the present invention is to provide an alternative and / or improved method and a corresponding device, by means of which objects can be produced by an additive manufacturing method, preferably distortion-free.
  • An inventive computer-assisted method for providing control data for an additive manufacturing device for producing a three-dimensional Object by means of the same wherein the object is produced by applying a building material, preferably a metal powder or metal alloy powder-containing building material, layer by layer and solidifying the building material by supplying radiant energy to locations in a layer, which are associated with the cross section of the object in this layer in that at least one energy input device for inputting energy into the building material scans these locations with at least one energy beam bundle along a number of solidification paths in accordance with a set of energy input parameters.
  • a building material preferably a metal powder or metal alloy powder-containing building material
  • a second step of generating a data model of the subregion wherein in the data model a consolidation of the building material with at least one energy beam along at least one solidification trajectory is specified, wherein it is specified that a plurality of consolidation trajectory sections, in particular the total number of consolidation trajectories, at least twice Scanned energy beam,
  • the amount of energy to be input in scanning a solidification trajectory section is specified so that either the amount of energy introduced in the first tracing operation of said solidification trajectory section or the amount of energy introduced in a subsequent tracing operation of said solidification trajectory section is too small to cause solidification of building material by exceeding the melting temperature of the constituent material within To be able to effect impact of the respective energy beam, and
  • control data are provided according to the data model generated in the second step for the generation of a control data record for the additive manufacturing device.
  • Additive manufacturing devices and methods to which the present invention relates are, in particular, those in which energy as electromagnetic radiation or particle radiation is selectively supplied to a layer of the building material.
  • the working plane is a plane in which the top of the layer is, to which the energy is supplied.
  • Under an energy input device is a Vorrich- understood by means of which the position of the impact of an energy beam on a building material layer can be changed, for example, a beam deflecting device.
  • An energy input device can each be connected to a radiation source assigned to it for generating the energy radiation, or a plurality of energy input devices can be assigned to a radiation source.
  • lasers or electron beam sources can be used as radiation sources.
  • One set of energy input parameters contains, for example, power specifications for the radiation source, specifications about the focus position of the radiation, the diameter of an energy beam bundle when it is vertically incident on the working plane, etc.
  • the invention relates to methods and apparatus in which heat is applied by means of radiation for solidifying the building material, e.g. Laser sintering or laser melting or electron beam melting.
  • the building material is partially or completely melted by means of the energy introduced by the radiation, whereby the constituents of the building material (for example powder grains) connect to one another. After cooling, the building material is then present as a solid. Since the transitions between superficial melting (sintering) and complete melting (melting) are fluent, the terms sintering and melting are used synonymously in the present application and do not distinguish between sintering and melting.
  • control data set (often also referred to as a control command set)
  • a sequence of instructions is here considered to apply layers of the building material in succession and to scan regions of the respective layers which correspond to the cross section of an object to be produced with energy radiation in order to supply the building material solidify.
  • a control data set is based on a computer-based model of the object (s) to be produced, preferably a CAD model.
  • the control data set defines, in particular, the thickness of an applied layer and the locations at which irradiation of the build material is to be effected for each build material layer during manufacture.
  • control data record often also contains manufacturer-device-specific information, for example with regard to the position and orientation of the objects in the additive manufacturing device or with respect to a diameter of an energy beam when hitting the building material.
  • control data set contains all the data required for controlling an energy input device, which determines, inter alia, the energy density of the energy radiation, ie the energy per unit area, and / or the travel speed of the beam over the building material and / or an irradiation pattern.
  • the term "beam” is used in place of "beam” to express that the shape of the radiation impingement on the building material may not necessarily be a dot shape, but may also be flat, especially if the radiation impinges obliquely on the building material or radiation is used which is intended to cover a larger surface area when striking the building material (for example, when a line imagesetter is used).
  • the control data record can thus be regarded as the entirety of all control data predetermined for the control of the production process in an additive manufacturing device.
  • the control data related to a single layer will be included also referred to below as a shift data record.
  • a layer data set contains a data model of points of an object cross-section to be consolidated during the production process.
  • Such a data model is usually generated by decomposing a CAD model of the object to be produced into slices (referred to in the jargon as slicing).
  • a two-dimensional representation of the object cross-section to be solidified in one layer by means of one or more beam bundles in a different way from the computer-based CAD model of the object.
  • locations corresponding to an object cross section which are to be solidified in the associated building material layer are specified.
  • further information regarding the production of the object cross-section may be contained, in particular the chronological order in which sites corresponding to an object cross-section are to be solidified, ie a scan line or a scanning trace along which it is to be solidified, or z.
  • a layer data set does not necessarily have to refer to a complete object cross-section, but only relates to a part of the same. hen can.
  • the computer-based model data that is accessed in the first step can be, for example, a CAD model of at least one section of the object to be produced, which contains the partial area.
  • the model data may also be in STL format and may not contain any information about layer decomposition for layered fabrication. It is also conceivable to have the model data in a GML (Generative Modeling Language) description.
  • the model data may also be a number of layer data sets, each of which has a data model of a region of a build material layer to be selectively solidified during fabrication that corresponds to a cross section of the object section. It should be noted at this point that in the present application the term "number" is always to be understood as meaning "one or more". It should be noted that the model data are not necessarily must relate only to a section of the object to be manufactured, but may also include the whole object to be produced.
  • Access to the model data may be such that the model data is read from a memory or received via a network.
  • the model data for the object section in which the subarea is located are first of all generated and stored in an internal memory.
  • the model data of the entire object section does not necessarily have to be read in at once. It is also possible for there to be a greater interval between the access operations to parts of the model data, for example parts of the model data in each case as required during a production process of the object section from a memory (which is also accessed, for example, from the side of the additive manufacturing device can) or read via a network and a generated data model is then integrated into the control data record during the manufacturing process.
  • the generation of at least one data model in the second step may consist of modifying a data model of a build material layer already present in the model data. Otherwise, a data model of a building material layer (or a part thereof) may be generated for the first time in the second step. It should be emphasized that a sub-area is understood here as a coherent area.
  • a solidification track corresponds to a distance in the working plane along which the construction material is to be solidified without temporal and local interruptions (gaps), ie in one go.
  • solidification paths as scan lines or scanning tracks, along which the impact area of an energy beam is moved over the building material in order to solidify the latter and not merely to heat it.
  • a solidification web may be a straight course of a certain width (the solidification width) along which an energy beam solidifies the building material.
  • the solidification path is present geometrically as a curved line of a certain width (the solidification width).
  • the solidification webs can extend in the interior of an object cross-section, ie, not run along the contour (that is, the edge) of the object cross-section.
  • This is the case, for example, in the case of the so-called "hooking", in which an energy beam bundle is generally moved along mutually substantially parallel solidification trajectories within a subregion to be solidified, similar to hatching of the subregion (hatching).
  • hatching is the so-called "onion hatching", in which an energy beam is moved in lines that are parallel to the contour of an object cross-section or a sub-area over the building material.
  • the solidification webs are not continuous webs, but rather stretches of a certain (limited) length, then it is appropriate to implement a repetition of the scan in such a way that individual consolidation webs in their entirety (ie along their entire length) again be scanned. From this follows a variety of possibilities, which solidification tracks are scanned again and in which order they are scanned. For example, the order may vary depending on the order of ge were selected in which the solidification tracks were scanned in a previous scanning.
  • solidification paths run along the contour of an object cross-section or along closed paths
  • the invention can be implemented such that individual sections of a solidification track (solidification track sections) are repeatedly scanned. It should be noted that such a repetition of scanning of only portions of a solidification trajectory is of course also possible in the case where the solidification trajectories are the above-mentioned trajectories of a limited length (e.g., hatching lines).
  • process strategy may be made dependent upon a further sampling of locations along the length of the scanned solidification lanes (e.g., hatch vectors) or consolidation lane sections in a previous scan of those locations.
  • locations along the length of the scanned solidification lanes e.g., hatch vectors
  • consolidation lane sections in a previous scan of those locations.
  • the repeated scanning of solidification track sections occurs after a repetitive temporal and / or local pattern.
  • a solidification track section which has a fixed distance to another previously scanned solidification track section, is not simply scanned again. Rather, a repeat scan occurs e.g. of plural solidification web sections simultaneously or else a solidifying beam is used alternately (following a certain pattern) for the first time scanning of solidification web sections and the repeated scanning of other consolidation web sections.
  • An impact area of an energy beam on the building material may be considered as the area of the working plane within which the incident radiant power per unit area is greater than a predetermined percentage of the maximum radiant power per unit area where the energy beam strikes the surface of the building material layer. For example, those points where only more than 1% of the maximum radiant power per unit area impinges, than Border of the impact area. What percentage is set forth here does not limit the idea of the invention.
  • z. B. also be regarded as those areas as the limit of Auferie Schemes at which the maximum radiation power per unit area z. B. fallen to 1 / e, 1 / e 2, etc.
  • the repeated scanning process does not necessarily have to be done exactly on an already previously scanned solidification web. Rather, a slight offset perpendicular to the direction of movement is possible as long as the subsequent scanning is able to change the temperature of the building material along the solidification path.
  • the resampled consolidation web section does not extend beyond the full width of the consolidation web, but may extend over the entire length of the consolidation web.
  • control data provided for the generation of a control data record can consist of the at least one data model generated in the second step itself, and the at least one data model can also be processed according to the format requirements for the integration into the control data record ,
  • the inventors have found that distortion in the objects produced by means of additive manufacturing devices is caused inter alia by too rapid changes in temperature during the heating and cooling of the building material.
  • it is possible to supply the building material in a more controlled manner with energy for solidifying it.
  • the heating process of the building material and / or cooling process of the structural material can be less abrupt.
  • the aim is not a multiple melting of the building material, but the supply of energy before the actual solidification process (preheating) or after the energy input for solidifying (ie at least partial melting) of the building material (controlled cooling).
  • the cooling process of the at least partially molten build-up material should preferably not be too abrupt.
  • a temperature difference between the impact area of the energy beam and the environment is large.
  • a cooling process can take place so rapidly that inhomogeneities, for example of the temperature profiles, of the structure of the three-dimensional object or the composition of the building material in a (melting) or solidification process (eg, a metal alloy, which may be necessary) .
  • the building material By preheating the building material with an energy beam, the building material is brought to a temperature which is still below the melting temperature of the building material. This could even go as far as a “sintering in”, in which partial areas of the building material, for example surface areas of powder grains of a pulverulent building material, are melted, but not yet the complete building material, in this example the complete powder grain melts, "Below the melting temperature "In this context, it would mean that a melting temperature is used which is required to bring a predefined volume unit (that is, for example, a standard size of a powder particle) of the building material completely into the liquid state. In other words, what is regarded as the melting temperature sometimes depends (in particular also during controlled cooling) on the additive manufacturing process and / or the building material used.
  • the building material is brought to a temperature which does not yet produce such sintering.
  • the temperature jump which takes place in a subsequent scanning with an energy beam bundle for melting the building material, is lower.
  • the temperature in the impingement area of the energy beam is more homogeneous during the melting process, and furthermore temperature differences to the surrounding area of the impact area of the energy beam are lower, which leads to slower cooling and thus to lower temperature-induced stresses and thus to less distortion of the manufactured object ,
  • the period between successive scans of a location can be varied.
  • a different heat dissipation behavior of the environments of different places be taken into account.
  • the heat dissipation behavior depends on how much unsolidified build material is in the vicinity of a site.
  • a role plays as many places in the area of a place already energy was supplied by means of an energy beam.
  • the appropriate time for preheating or controlled cooling can be set individually for the individual points without having to individually set the energy to be entered per unit area.
  • the energy beam can be moved at the same speed over a point to be scanned as in a subsequent or previous scanning of this point.
  • a complicated adaptation of the energy to be supplied per unit area to the scanning speed can be avoided.
  • a different choice of the scanning speed in a repeated scanning is indeed possible, but this is not the aim.
  • an energy beam bundle is used which is moved over the building material by means of one and the same energy input device.
  • preheating or controlled cooling is accomplished with the aid of only one energy input device, then it is particularly easy to implement the inventive approach on existing additive manufacturing devices, without having to make expensive equipment modifications of the device. In principle, it then suffices to make available to the additive manufacturing device control data provided according to the invention for the control of the production process. If an existing additive manufacturing device already contains a plurality of energy input devices, the provision of control data provided according to the invention may also suffice to implement the procedure; however, in such a case the coordination of the energy input devices is more complex, in which case the manufacturing process can take place more quickly.
  • the solidification web sections which have been scanned at least twice extend over the entire length of the consolidation web.
  • the procedure can be implemented in a simple manner.
  • An example of this is the repeated scanning of scan lines (hatching lines). For example, if there is a lateral offset from the previous scan in a subsequent scan of hat lines, then only a portion of a solidification trajectory (namely, the overlap region of the scan line of the previous scan with that of the subsequent scan) is scanned multiple times ,
  • a process of scanning solidification web sections is interrupted in order to scan again during the interruption already solidified web sections with an energy beam.
  • interrupting the scanning operation is meant in particular that e.g. if a sample hatching line for hatching line is interrupted, in order to resample previously sampled hatching lines or to skip directly adjacent hatching lines to the currently sampled hatching line and, for example, to continue sampling elsewhere.
  • a previous scanning operation (the first, second, third, etc. scanning) is interrupted to intermittently carry out a (further) repetitive scanning operation (the second, third, fourth, etc. scanning on another solidifying web (section); perform a first scan pass elsewhere.
  • the time interval between successive scanning operations of the individual solidification track sections during a repeated scan is different from the time interval between one another. following scans of the same consolidation web sections during a previous scan.
  • the time interval of successive scans in repeated scans is selected as a function of the length of the consolidation web sections in a previous scan.
  • a first reduced energy density E1 is specified for the scan line to be scanned temporally first and a second reduced energy density E2 is specified for the scan line to be scanned later in time
  • first and second reduced energy densities E1 and E2 are specified such that, in the case where a scan time U2 for the later scan line is less than a scan time tAi for the scan line to be timed first, the magnitude of the difference between the first and second scan second reduced energy density
  • a waiting time before or after the sampling of the minimum time duration tmin can be determined for the case in which a scanning line is undershot
  • the waiting time being high- Stens, preferably exactly, the difference between the minimum time duration tmm and the time duration for the scanning of this scan line corresponds.
  • a waiting time before or after the scanning of the building material along this scan line specified and during the waiting time a sampling of the building material by the energy beam along at least one further scan line specified become.
  • the at least one energy beam bundle is moved along solidification track sections, which are preferably substantially parallel to one another.
  • the described procedure is particularly suitable for "hooking", in which an energy beam bundle is generally moved along mutually substantially parallel or antiparallel solidification paths within a subarea, similar to hatching of the subarea (English: Hatching).
  • a jump is made to the next, in particular adjacent, solidification trajectory.
  • the next consolidation web can be scanned in either the same direction of travel or in an opposite direction of travel. Since in practice the solidification paths can not always be chosen to be strictly parallel, it is mentioned that the solidification paths are substantially parallel to each other.
  • a strip-shaped region can be defined insofar as a geometric shape in which at least two, preferably a plurality (ie more than 10), like the hatching lines described above are positioned next to one another, wherein the hatching lines do not necessarily have to have the same length dimension.
  • the second step it is specified that before completion of the first scanning of all locations of the subarea with an energy beam bundle, a repeated scanning of locations of the subarea with an energy beam bundle is already carried out.
  • the energy per unit area introduced by an energy beam is too low to be able to cause the melting temperature of the building material to exceed the impact area of the energy beam bundle and the energy inputs per unit area monotonically increase in the case of repeated scanning operations until, during a scanning operation, the melting temperature of the building material within the impact area of the energy beam bundle is exceeded for the first time.
  • the points of the subregion are first preheated by means of scanning with an energy beam, so that a lower energy input per unit area must take place during that scanning process in which an at least partial melting of the building material takes place than without prior heating of the sites.
  • Particularly careful heating of the build-up material is possible, in particular, if the locations of the subarea are scanned more than twice and the energy input per unit area is increased from scan to scan, whereby, of course, there must be a scan in which the melting temperature of the build material in the Impact of the energy beam is exceeded.
  • stepwise heating can be combined with a previously described stepwise cooling.
  • an additive manufacturing method for producing a three-dimensional object by means of the same, wherein the object is produced by applying a building material, preferably a building material containing metal powder or metal alloy powder, layer upon layer and solidifying the building material by supplying radiant energy to locations in a layer having the cross section of the object in that layer are assigned by at least one Energy input device for entry of energy into the building material scans these locations with at least one energy beam bundle according to a set of energy input parameters, the flow of the additive manufacturing process is controlled by a control record that has been generated using a method according to the invention.
  • a building material preferably a building material containing metal powder or metal alloy powder
  • control data provided in accordance with the invention is used in a control data set generated for the control of an additive manufacturing process, in particular the control of a layer-wise additive manufacturing process using a metal-containing building material such as a powder-melting or sintering process, e.g. SLS or DMLS, then with such a procedure, the three-dimensional object produced by the additive manufacturing process can be manufactured with greater quality.
  • a metal-containing building material such as a powder-melting or sintering process, e.g. SLS or DMLS
  • An apparatus for providing control data for an additive manufacturing device for producing a three-dimensional object by means of the same, wherein the object is prepared by applying a building material preferably a metal powder or metal alloy powder-containing build material, layer by layer and solidification of the building material by supplying radiant energy to locations in a layer associated with the cross-section of the object in that layer, by at least one energy input device for inputting energy into the building material scanning those locations with at least one energy beam in accordance with a set of energy input parameters along a number of solidification paths,
  • a building material preferably a metal powder or metal alloy powder-containing build material
  • a data model access unit designed to access computer-based model data of a subregion of a cross section of the object
  • a data model modification unit that is configured to generate a data model of the subarea, wherein in the data model a consolidation of the construction material with at least one energy beam bundle along at least one solidification path is specified, wherein it is specified that a plurality of solidification trajectory sections, in particular the total number of solidification trajectories, are scanned at least twice with one energy beam, and
  • the amount of energy to be input in scanning a solidification track section is specified such that either the amount of energy introduced during the first scan of this solidification track section or the amount of energy applied in a subsequent scan of that consolidation track section is too low to permit solidification of build material by exceeding the melting temperature of the Cause building material within the impact of the respective energy beam bundle, and
  • control data provision unit which is designed to provide control data in accordance with the data model modified by the data model modification unit for the generation of a control data record for the additive manufacturing device.
  • provision of a data model generated in the second step of the method according to the invention for the generation of a control data record can be done by the control data provision unit itself by integrating the generated data model into a control data record for the additive manufacturing device.
  • provision also includes forwarding the data model to a data processing device, which integrates the data model into a control data record, or a direct forwarding to an additive manufacturing device.
  • data models generated in the second step need not be provided individually for an additive manufacturing process. Rather, several generated data models can first be collected and then provided in their entirety for integration into a control data record.
  • the object is produced by applying a build-up material, preferably a build-up material containing metal powder or metal alloy powder, layer upon layer and solidifying the build material by supplying radiant energy to locations in a layer associated with the cross section of the object in that layer in that at least one energy input device for inputting energy into the building material scans these locations with at least one energy beam in accordance with a set of energy input parameters along a number of solidification paths,
  • a build-up material preferably a build-up material containing metal powder or metal alloy powder
  • the amount of energy to be introduced when scanning a solidification track section is specified such that either the amount of energy introduced by the first scan of that consolidation track section or the amount of energy introduced by a subsequent scan of that consolidation track section is too small to solidify build material by exceeding the melt temperature of the build material be able to effect the impact of the respective energy beam.
  • a part of the control device of an additive manufacturing device in combination with corresponding drivers of the number of energy input devices can be considered as a device for computer-controlled activation of a number of energy input devices.
  • a device is designed so that it carries out the control in accordance with the control commands which are present in a control data set, for the generation of which control data were provided according to the invention.
  • it is basically possible to implement all components of the device by means of software.
  • an alternative implementation is possible by hardware or by a mixture of software and hardware components in the same way.
  • An additive manufacturing device for producing a three-dimensional object in which the object is produced by applying a building material, preferably a building material containing metal powder or metal alloy powder, layer upon layer and solidifying the building material by means of supply of radiant energy to sites in a layer, the are assigned to the cross section of the object in this layer by at least one energy input device for inputting energy into the building material scans these locations with at least one energy beam bundle according to a set of energy input parameters along a number of solidification paths computer-aided activation of a number of energy input devices and / or is signaled with a device according to the invention for computer-aided control of a number of energy input devices authentically connected.
  • a building material preferably a building material containing metal powder or metal alloy powder
  • a computer program according to the invention has program code means for carrying out all steps of a method according to the invention for providing control data or an additive manufacturing method according to the invention, when the computer program is executed on a data processor, in particular a data processor cooperating with an additive manufacturing device.
  • Interaction means here that the data processor is either integrated into the additive manufacturing device or can exchange data with it.
  • the implementation of the inventive method for providing control data and the associated device by means of software allows easy installation on different computer systems at different locations (for example, the creator of the design of the object or, in the operator of the additive manufacturing device).
  • FIG. 1 shows a schematic, partially sectional view of an exemplary apparatus for the additive production of a three-dimensional object according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 schematically shows a further possibility of the procedure according to the invention for the example of a scanning of a strip-like region by means of hatch vectors.
  • FIG. 4 shows schematically for the example of a scanning of a strip-like region by means of hatch vectors another possibility of the procedure according to the invention,
  • FIG. 6 illustrates the flow of a method for providing control data
  • FIG. 7 shows the schematic structure of a device for providing control data.
  • the laser sintering or laser melting device 1 contains a process chamber or construction chamber 3 with a chamber wall 4.
  • a process chamber or construction chamber 3 with a chamber wall 4.
  • an upwardly open building container 5 with a container wall 6 is arranged.
  • a working level 7 is defined by the upper opening of the building container 5, wherein the area of the working level 7 which lies within the opening and which can be used to construct the object 2 is referred to as building area 8.
  • a movable in a vertical direction V carrier 10 is arranged, on which a base plate 11 is mounted, which closes the container 5 down and thus forms its bottom.
  • the base plate 11 may be a plate formed separately from the carrier 10, which is fixed to the carrier 10, or it may be formed integrally with the carrier 10.
  • a building platform 12 can still be mounted on the base plate 11 as a construction base on which the object 2 is set up.
  • the object 2 can also be built on the base plate 11 itself, which then serves as a construction document. 1, the object 2 to be formed in the container 5 on the building platform 12 is shown below the working level 7 in an intermediate state with several solidified layers, surrounded by unconsolidated building material 13.
  • the laser sintering or melting device 1 further includes a reservoir 14th for a building material 15, in this example a solidified by electromagnetic radiation ble powder, and a movable in a horizontal direction H coater 16 for applying the building material 15 within the construction field 8.
  • a heating device eg a radiant heater 17, which serves to heat the applied building material.
  • Radiant heating 17 may be provided, for example, an infrared radiator.
  • the exemplary additive manufacturing device 1 further includes an energy input device 20 with a laser 21, which generates a laser beam 22, which is deflected by a deflection device or deflector 23 and by a focusing device 24 via a coupling window 25, which at the top of the process Chamber 3 is mounted in the chamber wall 4, is focused on the working plane 7.
  • one or more energy input devices may be, for example, one or more gas or solid state lasers, or any other type of lasers, such as lasers.
  • Laser diodes be assigned.
  • VCSELs Vertical Cavity Surface Emitting Lasers
  • VECSELs Vertical External Cavity Surface Emitting Lasers
  • the specific structure of a laser sintering or melting device shown in FIG. 1 is therefore only exemplary for the present invention and can of course also be modified, in particular when using a different energy input device than the one shown.
  • the shape of the Strahlungsauf Economics Hors on the building material may not necessarily be approximately point-like, but also flat, is often used in this application, the term "beam” synonymous with "beam”.
  • the laser sintering device 1 further includes a control device 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner for carrying out the construction process.
  • the control device may also be arranged partially or completely outside the additive manufacturing device.
  • the controller may include a CPU whose operation is controlled by a computer program (software).
  • the computer program can be stored separately from the additive manufacturing device in a storage device, from where it can be loaded (for example via a network) into the additive manufacturing device, in particular into the control device.
  • the carrier 10 is lowered layer by layer by the control device 29, the coater 16 is actuated to apply a new powder layer, and the deflection device 23 and optionally also the laser 21 and / or the focusing device 24 are activated to solidify the respective layer at the points corresponding to the respective object by means of the laser by scanning these points with the laser.
  • All statements made in the further course apply not only to laser sintering or melting devices, but also to other types of additive manufacturing devices in which thermal energy in the form of radiation is introduced into the building material.
  • a manufacturing process proceeds in such a way that the control device 29 processes a control data record.
  • control data set is given to an energy input device, in the case of the above laser sintering or laser melting device specifically the deflection device 23, for each time, to which point of the working plane 7 energy radiation is to be addressed.
  • an additive manufacturing apparatus control apparatus 100 includes a data access unit 101, a data model generation unit 102, and a control data providing unit 103.
  • the operation of the control data providing apparatus 100 will be described with reference to FIG. 6 described.
  • the data access unit 101 accesses computer-based model data of a portion of a cross-section of the object to be manufactured. For example, the data access unit 101 accesses a number of layer data sets, each of which has a data model of a region of an object cross-section to be selectively solidified during production, preferably of the entire object cross-section to be solidified associated with a building material layer. In the process flow shown in FIG. 6, this is step S1. In the step S2 shown in FIG. 6, the data model generation unit 102 now specifies in a data model of a (subarea of) an object cross section a temporal order of the consolidation of locations of a building material layer associated with this object cross section. In other words, a movement of the one or more energy beam bundles used in the additive manufacturing apparatus is set along scan lines over the building material.
  • Fig. 5 shows partial areas 53 of the object cross-section, which in the example strip-shaped, i. rectangular, and are scanned by moving an energy beam scan line for scan line.
  • the object cross-section 50 consists of an inner region or core region 52 and a contour region 51.
  • the core region or inner region 52 is usually scanned with energy radiation such that the material is solidified in regions, ie sub-region 53, for subregion 53.
  • the movement of the energy beam within the subregions 53 along mutually parallel scanning lines or bonding lines 54 is commonly referred to as "hatching" (German: hatching).
  • the arrows in Fig. 5 are intended to illustrate the direction of movement of the energy beam over the building material layer. It can be seen that in FIG.
  • each point of a region to be consolidated is scanned at least twice with an energy beam, eg a laser.
  • an energy beam eg a laser.
  • FIGS. 2 to 4 provide examples of how a temporal sequence of the sampling can be determined in the second step S2. It is first assumed that the method for a more controlled cooling of the build-up rate Rials is used after an at least partial melting process.
  • the proposed temporal sequences when scanning the locations of the building material are equally applicable to cases in which prior to the actual melting process of the building material at one point, a preheating of this site with an energy beam (bundle), eg a laser beam, is to be brought about , To simplify the explanation, it is assumed that only one energy beam is used.
  • an energy beam eg a laser beam
  • scan lines or solidification paths a to I which in each case have a distance d1 from one another, are shown.
  • the letter sequence a to I is intended to illustrate the chronological order in which the solidification webs are bundled with an energy beam, e.g. a laser beam, a first time be scanned. It can be seen in FIG. 2 that first the solidification paths a to j are scanned. In this case, so much energy per unit area is entered that an at least partial melting of the building material takes place, ie the melting temperature of the building material within the impact area of the energy beam (s), e.g. of a laser beam is exceeded.
  • the energy recorded per unit area during the renewed scanning process is determined such that the amount of energy per unit area introduced by the laser beam alone is insufficient to cause the melting temperature of the building material to be exceeded within the impact area of the laser beam.
  • the amount of energy per unit area entered during the second scanning is in particular unable to restore the building material to the molten, ie liquid, state.
  • the purpose of the second scanning process is to delay a cooling process in order to reduce stresses and thus avoid cracks in the material.
  • the laser beam is moved from the end of the solidification web d to the beginning of the solidification web k.
  • the solidification web k which has never been scanned in the example so scanned with the laser beam that the build material along the solidification web k is at least partially melted, ie the melting temperature (or depending on the application, the solidus or liquidus temperature) of the building material is exceeded within the impact area of the laser beam.
  • the scanning process is then continued with the solidification webs I, m and n (the last two are not shown) before returning again (this time to the solidification web e), etc.
  • the solidification trajectory a is again scanned after a period of time which corresponds to the time required for scanning the lines b to j plus the time required for the return 201.
  • the locations of the build material along the solidification path a already had an opportunity to cool down for that period of time.
  • the slice data record providing unit 103 provides the data model generated in step S2 for the generation of a control data record.
  • the provision can be that the generated data model is integrated into a control data record for the additive manufacturing device, which, based on a control device in the additive manufacturing device, is based on the control of an additive manufacturing process.
  • the last-mentioned step may be such that the control device accesses the control data set stored in a memory by means of a data processor in the same and causes the conversion of the corresponding control commands. That part of the control device which, in combination with corresponding drivers, drives the number of energy input devices, can be used as a device for computation. supported actuation of the number of energy input devices are considered.
  • FIG. 3 shows an alternative procedure.
  • the solidification paths a to I are shown in FIG. 3, the letters having the same meaning as in FIG. 2.
  • an initial scanning takes place along the solidification webs a to j.
  • the laser beam jumps in a jump 301 to the beginning of the solidification track g.
  • a jump 302 is made to the start of the consolidation path d.
  • a jump occurs Jump 303 to the beginning of the solidification track a.
  • a jump 304 is made to start the solidification web k, so that it is subsequently scanned in a first scanning process with such an energy per unit area that the build material melts at least partially along the solidification web k.
  • a return 301, 302, 303 takes place in each case only over three solidification paths. Furthermore, in a series of successive returns, only every fourth hardening track or hatching line is scanned again.
  • FIG. 4 is intended to make it clear that the direction in which solidification paths were scanned during a preceding scanning process does not necessarily have to be maintained in a subsequent scanning process. While the inventors have found that maintaining the scan direction offers certain advantages, since the heating of the build material occurs in the same temporal order as a previous scan, scanning against the scan direction of a previous scan also already results in an improvement in part quality.
  • the example of Fig. 4 accordingly shows a
  • the laser beam jumps back in a jump 402 to the beginning of the solidification trajectory f, which is also scanned a second time with a reduced energy input per unit area, whereupon in a jump 403 the laser beam jumps to the end of the solidification trajectory d, which in the second scanning process runs counter to the abolition scanning direction during the first scan is performed.
  • the laser beam jumps to the beginning of the solidification web k, which is then scanned (again with sufficient energy for at least partial melting of the building material) for the first time. In the further course then scans the solidification webs i, g, e and I, etc.
  • FIGS. 2 to 4 are merely representative of a multitude of possibilities for selecting the scanning direction and solidification paths to be scanned again in a subsequent scanning operation.
  • the procedure can be modified, inter alia, in the following way:
  • FIGS. 2 to 4 are equally applicable to situations in which the build-up material should first be heated to a temperature below the melting temperature by a previous scan, and then only the build-up material by heating in a subsequent scan at least partially solidified above the melting temperature.
  • the invention is not limited to locations of the
  • a device 100 according to the invention for providing control data for an additive manufacturing device can be implemented not only by software components but also solely by hardware components or mixtures of hardware and software.
  • interfaces mentioned in the present application do not necessarily have to be designed as hardware components, but can also be realized as software modules, for example if the data fed in or output can be taken over by other components already realized on the same device, or must be transferred to another component only by software.
  • the interfaces could consist of hardware and software components, such as a standard hardware interface specifically configured by software for the specific application.
  • several interfaces can also be combined in a common interface, for example an input-output interface.

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Abstract

Ein computergestütztes Verfahren zur Bereitstellung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrichtung weist auf: einen ersten Schritt (S1) des Zugriffs auf computerbasierte Modelldaten eines Teilbereichs eines Querschnitts des Objekts, einen zweiten Schritt (S2) des Erzeugens eines Datenmodells des Teilbereichs, wobei in dem Datenmodell ein Verfestigen des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahlbündel entlang zumindest einer Verfestigungsbahn spezifiziert ist, wobei spezifiziert wird, dass eine Mehrzahl von Verfestigungsbahnabschnitten, insbesondere die gesamte Anzahl von Verfestigungsbahnen, mindestens zweimal mit einem Energiestrahlbündel abgetastet wird, wobei die beim Abtasten eines Verfestigungsbahnabschnitts einzutragende Energiemenge so spezifiziert wird, dass entweder die beim ersten Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge oder die bei einem nachfolgenden Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge zu gering ist, um eine Verfestigung von Aufbaumaterial durch eine Überschreitung der Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des jeweiligen Energiestrahlbündels bewirken zu können, und einen dritten Schritt (S3), in dem Steuerdaten entsprechend dem im zweiten Schritt (S2) erzeugten Datenmodell für die Generierung eines Steuerdatensatzes für die additive Herstellvorrichtung bereitgestellt werden.

Description

ADDITIVES HERSTELLVERFAHREN MIT KONTROLLIERTER VERFESTIGUNG
UND ZUGEHÖRIGE VORRICHTUNG
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstel- lung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrichtung, ein entsprechend ange- passtes additives Herstellverfahren, eine entsprechend angepasste Vorrichtung zum Ansteuern von Energieeintragseinrichtungen in einer additiven Herstellvorrichtung, eine entsprechend angepasste additive Herstellvorrichtung und ein entsprechend an- gepasstes Computerprogramm.
Additive Herstellvorrichtungen und zugehörige Verfahren sind allgemein dadurch cha- rakterisiert, dass in ihnen Objekte durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann beispielsweise mittels Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial durch Bestrahlen desselben mit elek- tromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung (z.B. Lasersintern (SLS oder DMLS) oder Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen) herbeigeführt werden. Beim Lasersintern oder Laserschmelzen wird beispielsweise der Auftreffbereich eines Laserstrahls auf eine Schicht des Aufbaumaterials über jene Stellen der Schicht be- wegt, die dem Objektquerschnitt des herzustellenden Objekts in dieser Schicht ent- sprechen.
WO 2016/079496 A1 beschreibt ein Abtasten von Stellen einer Aufbaumaterialschicht bei gepulstem Laserbetrieb. Insbesondere wird ausgeführt, dass beim Verfestigen von benachbarten Stellen nach dem Abtasten der ersten Stelle hinreichend Zeit verstrei- chen muss, damit beim Verfestigen der daran angrenzenden Stelle die erste Stelle bereits soweit abgekühlt ist, dass eine Abmessung eines Schmelzbads nicht zu groß wird. Damit dennoch der Herstellvorgang rasch voranschreiten kann, schlägt WO 2016/079496 A1 vor, das Aufbaumaterial mit dem Laserstrahl in einem ersten Durchgang diskontinuierlich (also lückenhaft) abzutasten und das Material in den Lücken dann in einem zweiten Durchgang abzutasten. Insbesondere soll ein linienhaftes Ab- tasten des Aufbaumaterials vermieden werden, sodass das Material innerhalb eines Durchgangs annähernd punktweise bestrahlt wird, wobei die einzelnen Punkte nicht aneinandergrenzen sollen.
Obwohl das genannte Vorgehen zu einer besseren Detailauflösung führen kann, kann dadurch das Problem des Bauteilverzugs noch nicht vollständig gelöst werden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives und/oder verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen, mittels derer Objekte durch ein additives Herstellverfahren, bevorzugt verzugsfreier, hergestellt werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein computergestütztes Verfahren nach Anspruch 1 , ein additives Herstellverfahren nach Anspruch 11 , eine Vorrichtung nach Anspruch 12, eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Energieeintragseinrichtungen nach Anspruch 13, eine additive Herstellvorrichtung nach Anspruch 14 und ein Computerprogramm nach Anspruch 15. Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprü- chen beansprucht. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch durch untenstehende bzw. in den abhängigen Ansprüchen ausgeführte Merkmale der erfindungsgemäßen Verfahren weitergebildet sein und umgekehrt. Ferner können die im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschriebenen Merkmale auch zur Weiterbildung einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt werden, selbst wenn dies nicht explizit angegeben wird.
Ein erfindungsgemäßes computergestütztes Verfahren zur Bereitstellung von Steuer- daten für eine additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials, vorzugsweise eines metallpulverhaltigen oder etalllegierungspul- verhaltigen Aufbaumaterials, Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu Stellen in einer Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem zumindest eine Energieein- tragseinrichtung zum Einträgen von Energie in das Aufbaumaterial diese Stellen mit mindestens einem Energiestrahlbündel gemäß einem Satz von Energieeintragspara- metern entlang einer Anzahl von Verfestigungsbahnen abtastet, weist auf:
einen ersten Schritt des Zugriffs auf computerbasierte Modelldaten eines Teilbereichs eines Querschnitts des Objekts,
einen zweiten Schritt des Erzeugens eines Datenmodells des Teilbereichs, wobei in dem Datenmodell ein Verfestigen des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahlbündel entlang zumindest einer Verfestigungsbahn spezifiziert ist , wobei spezifiziert wird, dass eine Mehrzahl von Verfestigungsbahnabschnitten, insbesondere die gesamte Anzahl von Verfestigungsbahnen, mindestens zweimal mit einem Energiestrahlbündel abgetastet wird,
wobei die beim Abtasten eines Verfestigungsbahnabschnitts einzutragende Energiemenge so spezifiziert wird, dass entweder die beim ersten Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge oder die bei einem nachfolgenden Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge zu gering ist, um eine Verfestigung von Aufbaumaterial durch eine Überschreitung der Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des jeweiligen Energiestrahlbündels bewirken zu können, und
einen dritten Schritt, in dem Steuerdaten entsprechend dem im zweiten Schritt erzeugten Datenmodell für die Generierung eines Steuerdatensatzes für die additive Herstellvorrichtung bereitgestellt werden.
Additive Herstellvorrichtungen und -verfahren, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind insbesondere solche, bei denen Energie als elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung einer Schicht des Aufbaumaterials selektiv zugeführt wird. Die Arbeitsebene ist dabei eine Ebene, in der die Oberseite der Schicht liegt, welcher die Energie zugeführt wird. Unter einer Energieeintragseinrichtung wird eine Vorrich- tung verstanden, mittels derer die Position des Auftrefforts eines Energiestrahlbündels auf einer Aufbaumaterialschicht verändert werden kann, beispielsweise eine Strahlablenkvorrichtung. Eine Energieeintragseinrichtung kann jeweils mit einer ihr zuge- ordneten Strahlungsquelle zum Erzeugen der Energiestrahlung verbunden sein oder aber mehrere Energieeintragseinrichtungen können einer Strahlungsquelle zugeordnet sein. Als Strahlungsquellen können insbesondere Laser oder Elektronenstrahlquellen verwendet werden. Eins Satz von Energieeintragsparametern enthält beispielsweise Leistungsvorgaben für die Strahlungsquelle, Vorgaben über die Fokuslage der Strahlung, den Durchmesser eines Energiestrahlbündels bei senkrechtem Auf- treffen auf die Arbeitsebene, etc.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen, bei denen zum Verfestigen des Aufbaumaterials diesem mittels Strahlung Wärme zugeführt wird, wie z.B. das Lasersintern oder Laserschmelzen bzw. Elektronenstrahlschmelzen. Da- bei wird das Aufbaumaterial mittels der durch die Strahlung eingebrachten Energie teilweise oder vollständig aufgeschmolzen, wodurch sich die Bestandteile des Aufbaumaterials (beispielsweise Pulverkörner) miteinander verbinden. Nach seiner Abkühlung liegt das Aufbaumaterial dann als Festkörper vor. Da die Übergänge zwischen oberflächlichem Aufschmelzen (Sintern) und vollständigem Aufschmelzen (Schmelzen) fließend sind, werden die Begriffe Sintern und Schmelzen in der vorlie- genden Anmeldung synonym verwendet und nicht zwischen Sintern und Schmelzen unterschieden.
Von besonderem Vorteil ist eine Anwendung der Erfindung in Zusammenhang mit ad- ditiven Herstellverfahren und -Vorrichtungen, bei denen ein metallhaltiges Aufbaumaterial verwendet wird, beispielsweise ein Metallpulver oder Metalllegierungspulver.
Es sei an dieser Stelle auch bemerkt, dass mittels einer erfindungsgemäßen additiven Herstellvorrichtung nicht nur ein Objekt, sondern auch mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden können. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von der Herstellung eines Objekts die Rede ist, dann versteht es sich daher, dass die jeweilige Beschrei- bung in gleicher weise auch auf additive Herstellverfahren und -Vorrichtungen an- wendbar ist, bei denen mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden.
Als Steuerdatensatz (oft auch als Steuerbefehlssatz bezeichnet) wird hier eine Abfol- ge von Anweisungen angesehen, Schichten des Aufbaumaterials nacheinander aufzu- tragen und Bereiche der jeweiligen Schichten, die dem Querschnitt eines herzustel- lenden Objektes entsprechen, mit Energiestrahlung abzutasten, um das Aufbaumaterial zu verfestigen. Im Detail basiert ein Steuerdatensatz auf einem computerbasierten Modell des oder der herzustellenden Objekte, bevorzugt einem CAD-Modell. Der Steuerdatensatz legt für jede Aufbaumaterialschicht während der Herstellung insbesondere die Dicke einer aufgetragenen Schicht und die Stellen, an denen durch Strahlungszufuhr eine Verfes- tigung des Aufbaumaterials bewirkt werden soll, fest. Des Weiteren enthält ein Steu- erdatensatz oftmals auch herstellvorrichtungsspezifische Informationen, beispielswei- se bezüglich der Lage und Orientierung der Objekte in der additiven Herstellvorrichtung oder aber bezüglich eines Durchmessers eines Energiestrahl(bündel)s beim Auftreffen auf das Aufbaumaterial. In der Regel enthält der Steuerdatensatz dabei alle zur Steuerung einer Energieeintragseinrichtung erforderlichen Daten, wodurch u.a. die Energiedichte der Energiestrahlung, also die Energie pro Flächeneinheit, und/oder die Verfahrgeschwindigkeit des Strahlbündels über das Aufbaumaterial und/oder ein Bestrahlungsmuster festgelegt werden. Hier wird der Begriff "Strahlbündel" anstelle von "Strahl" verwendet, um zum Ausdruck zu bringen, dass die Gestalt des Strahlungsauftreffbereichs auf dem Aufbaumaterial nicht notwendigerweise eine Punktgestalt sein muss, sondern auch flächig sein kann, insbesondere wenn die Strahlung schräg auf das Aufbaumaterial auftrifft oder aber Strahlung verwendet wird, die bewusst beim Auftreffen auf das Aufbaumaterial einen größeren Flächenbereich abdecken soll (beispielsweise wenn ein Zeilenbelichter zum Einsatz kommt). Der Steuerdatensatz kann somit als Gesamtheit aller für die Steuerung des Herstellungsvorgangs in einer additiven Herstellvorrichtung vorgegebenen Steuerdaten angesehen werden. Die auf eine einzelne Schicht bezogenen Steuerdaten werden dabei im Folgenden auch als Schichtdatensatz bezeichnet. In der vorliegenden Anmeldung wird insbesondere angenommen, dass ein Schichtdatensatz ein Datenmodell von während des Herstellungsverfahrens zu verfestigenden Stellen eines Objektquer- schnitts enthält. Solch ein Datenmodell wird in der Regel durch Zerlegen eines CAD- Modells des herzustellenden Objekts in Schichten (im Fachjargon als Slicing bezeichnet) erzeugt. Es ist aber auch denkbar, eine zweidimensionale Repräsentation des in einer Schicht mittels eines oder mehrerer Strahlbündel zu verfestigenden Objektquer- schnitts auf anderweitige Weise aus dem computerbasierten CAD-Modell des Objekts zu extrahieren. In dem Schichtdatensatz sind einem Objektquerschnitt entsprechende Stellen, die in der zugehörigen Aufbaumaterialschicht zu verfestigen sind, spezifiziert. Darüber hinaus können noch weitere Informationen hinsichtlich der Herstellung des Objektquerschnitts enthalten sein, insbesondere die zeitliche Reihenfolge, in der ei- nem Objektquerschnitt entsprechende Stellen zu verfestigen sind, also eine Scanlinie bzw. eine Abtastspur entlang derer verfestigt werden soll, oder z. B. die Schichtdicke oder Bestrahlungsparameterwerte wie beispielsweise der Durchmesser oder die Ver- fahrgeschwindigkeit eines auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahlbündels, etc. Es sei betont, dass sich ein Schichtdatensatz nicht zwangsweise auf einen kompletten Objektquerschnitt beziehen muss, sondern auch nur auf einen Teil desselben bezie- hen kann.
Bei den computerbasierten Modelldaten, auf die im ersten Schritt zugegriffen wird, kann es sich beispielsweise um ein CAD-Modell zumindest eines Abschnitts des her- zustellenden Objekts handeln, welches den Teilbereich enthält. Die Modelldaten können beispielsweise auch im STL-Format vorliegen und noch keine Informationen über die Zerlegung in Schichten für eine schichtweise Herstellung enthalten. Denkbar ist auch ein Vorliegen der Modelldaten in einer GML (Generative Modelling Language)- Beschreibung. Alternativ kann es sich bei den Modelldaten auch um eine Anzahl von Schichtdatensätzen handeln, von denen jeder ein Datenmodell eines während der Herstellung selektiv zu verfestigenden Bereichs einer Aufbaumaterialschicht aufweist, der einem Querschnitt des Objektabschnitts entspricht. An dieser Stelle sei vermerkt, dass in der vorliegenden Anmeldung der Begriff "Anzahl" stets im Sinne von "ein oder mehrere" zu verstehen ist. Es sei bemerkt, dass sich die Modelldaten nicht notwendi- gerweise lediglich auf einen Abschnitt des herzustellenden Objekts beziehen müssen, sondern auch das ganze herzustellende Objekt umfassen können.
Ein Zugriff auf die Modelldaten kann so aussehen, dass die Modelldaten aus einem Speicher ausgelesen werden oder aber über ein Netzwerk entgegengenommen wer- den. Es ist dabei möglich, dass in einem vorgelagerten Schritt des erfindungsgemä- ßen Verfahrens die Modelldaten für den Objektabschnitt, in dem der Teilbereich liegt, zunächst generiert werden und in einem internen Speicher abgelegt werden. Insbe- sondere müssen die Modelldaten des gesamten Objektabschnitts nicht zwangsläufig auf einmal eingelesen werden. Es ist auch möglich, dass es einen größeren zeitlichen Abstand zwischen den Zugriffsvorgängen auf Teile der Modelldaten gibt, beispielswei- se Teile der Modelldaten jeweils bei Bedarf während eines Herstellungsvorgangs des Objektabschnitts aus einem Speicher (auf den z.B. auch von Seiten der additiven Herstellvorrichtung aus zugegriffen werden kann) oder über ein Netzwerk eingelesen werden und ein erzeugtes Datenmodell dann während des Herstellungsvorgangs in den Steuerdatensatz integriert wird. Wenn die Modelldaten, auf die im ersten Schritt zugegriffen wird, bereits eine Anzahl von Schichtdatensätzen aufweisen, dann kann die Erzeugung zumindest eines Datenmodells im zweiten Schritt in der Abänderung eines bereits in den Modelldaten vorhandenen Datenmodells einer Aufbaumaterialschicht bestehen. Andernfalls kann ein Datenmodell einer Aufbaumaterialschicht (bzw. eines Teils davon) erstmalig im zweiten Schritt erzeugt werden. Es sei betont, dass ein Teilbereich hier als zusammenhängendes Gebiet verstanden wird.
Es sei erwähnt, dass es Aufbaumaterialien, wie z.B. Legierungen, geben kann, für die kein eindeutiger Schmelzpunkt, sondern ein Schmelzintervall definiert ist. Im Prinzip kann man in solch einem Fall bereits bei einer Überschreitung der Solidustemperatur, also der unteren Grenze des Schmelzintervalls, von einem teilweisen Aufschmelzen sprechen. Bevorzugt lässt sich die vorliegende Erfindung aber auf Fälle anwenden, in denen das Aufbaumaterial vollständig aufgeschmolzen wird, also die Liquidustempe- ratur bzw. die obere Grenze des Schmelzintervalls überschritten wird. Eine Verfestigungsbahn entspricht einer Strecke in der Arbeitsebene, entlang derer das Aufbaumaterial ohne zeitliche und örtliche Unterbrechungen (Lücken), d. h. in einem Zug, verfestigt werden soll. Insbesondere kann man also Verfestigungsbahnen als Scanlinien bzw. Abtastspuren ansehen, entlang derer der Auftreffbereich eines Energiestrahlbündels über das Aufbaumaterial bewegt wird, um letzteres zu verfestigen und nicht lediglich zu erwärmen. Eine Verfestigungsbahn kann z.B. eine gerade Strecke einer gewissen Breite (der Verfestigungsbreite) sein, entlang derer ein Energiestrahlbündel das Aufbaumaterial verfestigt. Es gibt aber auch Fälle, in denen beim Bewegen eines Energiestrahlbündels entlang der Verfestigungsbahn ein oder mehrere Richtungsänderungen stattfinden, insbesondere die Verfestigungsbahn geometrisch als gekrümmte Linie einer gewissen Breite (der Verfestigungsbreite) vorliegt.
Zum Einen können sich die Verfestigungsbahnen im Innern eines Objektquerschnitts erstrecken, also nicht entlang der Kontur (also des Randes) des Objektquerschnitts verlaufen. Dies ist beispielsweise der Fall beim sogenannten "Hatchen", bei dem ein Energiestrahlbündel in der Regel entlang von zueinander im Wesentlichen parallelen Verfestigungsbahnen innerhalb eines zu verfestigenden Teilbereichs bewegt wird, ähnlich wie bei einem Schraffieren des Teilbereichs (engl.: Hatching). Dabei erfolgt an einem Verfestigungsbahnende, also insbesondere dort, wo die Verfestigungsbahn an den Rand des Teilbereichs stößt, ein Sprung zur nächsten, insbesondere benachbarten, Verfestigungsbahn. Eine spezielle Abart des Hatchens ist das sogenannte "onion hatching", bei dem ein Energiestrahlbündel in zur Kontur eines Objektquerschnitts bzw. eines Teilbereichs parallelen Linien über das Aufbaumaterial bewegt wird.
Insbesondere wenn es sich bei den Verfestigungsbahnen nicht um geschlossene Bahnen handelt, sondern um Strecken einer bestimmten (begrenzten) Länge, dann bietet es sich an, eine Wiederholung der Abtastung dergestalt zu implementieren, dass einzelne Verfestigungsbahnen zur Gänze (also entlang ihrer gesamten Länge) nochmals abgetastet werden. Hieraus folgt eine Vielzahl von Möglichkeiten, welche Verfestigungsbahnen nochmals abgetastet werden und in welcher Reihenfolge diese abgetastet werden. Beispielsweise kann die Reihenfolge abhängig von der Reihenfol- ge gewählt werden, in der die Verfestigungsbahnen bei einem vormaligen Abtastvorgang abgetastet wurden.
Wenn Verfestigungsbahnen entlang der Kontur eines Objektquerschnitts oder entlang von geschlossenen Bahnen verlaufen, dann kann die Erfindung so implementiert wer- den, dass einzelne Abschnitte einer Verfestigungsbahn (Verfestigungsbahnabschnitte) wiederholt abgetastet werden. Es sei bemerkt, dass solch eine Wiederholung der Ab- tastung lediglich von Abschnitten einer Verfestigungsbahn natürlich auch in dem Fall möglich ist, in dem es sich bei den Verfestigungsbahnen um die oben erwähnten Strecken einer begrenzten Länge (z.B. Hatchlinien) handelt.
Weiterhin kann die Vorgehensstrategie bei einem nochmaligen Abtasten von Stellen von der Länge der abgetasteten Verfestigungsbahnen (z.B. Hatchvektoren) oder Verfestigungsbahnabschnitte bei einem vorangegangenen Abtastvorgang dieser Stellen abhängig gemacht werden.
Bevorzugt geschieht die wiederholte Abtastung von Verfestigungsbahnabschnitten nach einem sich wiederholenden zeitlichen und/oder örtlichen Muster. Mit anderen Worten, es wird nicht einfach jeweils ein Verfestigungsbahnabschnitt nochmals abge- tastet, der einen festgelegten Abstand zu einem anderen zuvor abgetasteten Verfestigungsbahnabschnitt aufweist. Vielmehr erfolgt eine Wiederholungs-Abtastung z.B. von mehreren Verfestigungsbahnabschnitten gleichzeitig oder aber ein Verfestigungsstrahlbündel wird abwechselnd (einem bestimmten Muster folgend) für die erstmalige Abtastung von Verfestigungsbahnabschnitten und die wiederholte Abtastung von anderen Verfestigungsbahnabschnitten eingesetzt.
Ein Auftreffbereich eines Energiestrahlbündels auf das Aufbaumaterial kann als Bereich der Arbeitsebene angesehen werden, innerhalb dessen die auftreffende Strahlungsleistung pro Flächeneinheit größer als ein vorgegebener Prozentsatz der maximalen Strahlungsleistung pro Flächeneinheit, dort wo das Energiestrahlbündel auf die Oberfläche der Aufbaumaterialschicht trifft, ist. Beispielsweise können jene Stellen, an denen nur mehr 1% der maximalen Strahlungsleistung pro Flächeneinheit auftrifft, als Grenze des Auftreffbereichs angesehen werden. Welcher Prozentsatz hier angesetzt wird, wirkt sich nicht beschränkend auf den Gedanken der Erfindung aus. Insbesonde- re bei einem gaußförmigen Strahlprofil können z. B. auch jene Stellen als Grenze des Auftreffbereichs angesehen werden, an denen die maximale Strahlungsleistung pro Flächeneinheit z. B. auf 1/e, 1/e2 etc. gefallen ist.
In welcher Weise der Abtastvorgang im Detail stattfindet, ist nicht einschränkend für den Gedanken der vorliegenden Erfindung, solange nur die Abtastung stets entlang von linienförmigen Segmenten, also nicht punktweise, stattfindet. Weiterhin müssen nicht zwangsläufig alle Stellen des Teilbereichs mindestens zweimal abgetastet wer- den. Je nach Gestalt des Teilbereichs und verwendetem Aufbaumaterial kann eine mehrmalige Abtastung lediglich eines Teils der Stellen ausreichend sein.
Der nochmalige Abtastvorgang muss weiterhin nicht zwangsweise exakt auf einer bereits vormalig abgetasteten Verfestigungsbahn erfolgen. Vielmehr ist auch ein leichter Versatz senkrecht zur Bewegungsrichtung möglich, solange die nachfolgende Abtastung in der Lage ist, die Temperatur des Aufbaumaterials entlang der Verfestigungsbahn zu verändern. In diesem Falle erstreckt sich der nochmals abgetastete Verfestigungsbahnabschnitt nicht über die vollständige Breite der Verfestigungsbahn, kann sich aber über die gesamte Länge der Verfestigungsbahn erstrecken.
Schließlich sei noch bemerkt, dass die für die Generierung eines Steuerdatensatzes bereitgestellten Steuerdaten zum einen aus dem im zweiten Schritt erzeugten zumindest einen Datenmodell selbst bestehen können, zum anderen das zumindest eine Datenmodell aber auch entsprechend den Formatanforderungen für die Integration in den Steuerdatensatz noch aufbereitet werden kann.
Die Erfinder haben festgestellt, dass Verzug in den mittels additiver Herstellvorrich- tungen hergestellten Objekten unter anderem durch zu rasche Temperaturänderungen beim Aufheizen und Abkühlen des Aufbaumaterials verursacht wird. Durch das soeben beschriebene Verfahren ist es dabei möglich, dem Aufbaumaterial in kontrol- lierterer Weise Energie zum Verfestigen desselben zuzuführen. Indem Stellen des Teilbereichs mindestens zwei Mal mit einem Energiestrahlbündel abgetastet werden, kann der Aufheizvorgang des Aufbaumaterials und/oder Abkühlvorgang des Aufbau- materials weniger abrupt erfolgen. Ziel ist dabei nicht eine mehrmalige Aufschmelzung des Aufbaumaterials, sondern die Zufuhr von Energie vor dem eigentlichen Verfesti- gungsvorgang (Vorheizen) oder nach dem Energieeintrag zum Verfestigen (also mindestens teilweisen Aufschmelzen) des Aufbaumaterials (kontrolliertes Abkühlen).
Nachdem die Energie zum Aufschmelzen des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreff- bereichs eines Energiestrahlbündels in das Aufbaumaterial eingetragen wurde, sollte bevorzugt der Abkühlvorgang des zumindest teilweise aufgeschmolzenen Aufbaumaterials nicht zu abrupt vonstatten gehen. Insbesondere wenn ein Energiestrahlbündel den Großteil der für das Aufschmelzen benötigten Energie einträgt, was gerade bei metallhaltigem Aufbaumaterial oftmals der Fall ist, ist ein Temperaturunterschied zwischen dem Auftreffbereich des Energiestrahlbündels und der Umgebung groß. Hier- durch kann ein Abkühlvorgang so rasch ablaufen, dass es zu Inhomogenitäten, beispielsweise der Temperaturverläufe, des Strukturgefüges des dreidimensionalen Objekts bzw. der Zusammensetzung des Aufbaumaterials bei einem (Auf-)Schmelz- bzw. Erstarrungsvorgang (also z.B. einer Metalllegierung, die sich ggf. in der Schmelze teilweise lokal entmischen könnte), innerhalb des Auftreffbereichs kommt, also insbe- sondere das Aufbaumaterial zu rasch erstarrt, d.h. in einen festen Zustand übergeht. Durch das beschriebene Verfahren wird der Abkühlvorgang verlängert, so dass innerhalb des Auftreffbereichs und der Umgebung desselben ein kontrollierterer Temperaturausgleich stattfinden kann. Bei dem beschriebenen Vorgehen wird insbesondere bei einem nochmaligen Abtasten einer bereits abgetasteten Stelle, an der vorher das Aufbaumaterial zumindest teilweise aufgeschmolzen wurde, nur so viel Energie pro
Flächeneinheit eingetragen, dass ein nochmaliges Aufschmelzen des Aufbaumaterials vermieden wird, also die durch das Energiestrahlbündel eingebrachte Energiemenge pro Flächeneinheit für sich alleine nicht ausreicht, um eine Überschreitung der
Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des Energie- strahlbündels bewirken zu können. Der Grund hierfür ist, dass zwar der Abkühlvorgang des Aufbaumaterials in kontrollierterer Weise ablaufen soll, jedoch nicht zu lange ausgedehnt werden soll, damit die Herstellzeit für die Objekte nicht zu sehr ausge- dehnt wird.
Durch ein Vorheizen des Aufbaumaterials mit einem Energiestrahlbündel wird das Aufbaumaterial auf eine Temperatur gebracht, die noch unterhalb der Schmelztempe- ratur des Aufbaumaterials liegt. Dies könnte sogar bis zu einem„Ansintern“ gehen, bei dem Teilbereiche des Aufbaumaterials, beispielsweise Oberflächenbereiche von Pul- verkörnern eines pulverförmigen Aufbaumaterials, angeschmolzen werden, jedoch noch nicht das komplette Aufbaumaterial, in diesem Beispiel also das komplette Pulverkorn schmilzt,„Unterhalb der Schmelztemperatur“ hieße in diesem Zusammen- hang, dass eine Schmelztemperatur angesetzt wird, die benötigt wird, um eine vordefinierte Volumeneinheit (also beispielsweise eine Standardgröße eines Pulverkorns) des Aufbaumaterials komplett in den flüssigen Zustand zu bringen. Mit anderen Worten, was als Schmelztemperatur angesehen wird, hängt manchmal (insbesondere auch beim kontrollierten Abkühlen) von dem additiven Herstellverfahren und/oder dem verwendeten Aufbaumaterial ab. Alternativ wird das Aufbaumaterial auf eine Tempe- ratur gebracht, die auch ein solches Ansintern noch nicht erzeugt. In jedem Fall ist durch ein Vorheizen der Temperatursprung, welcher bei einer nachfolgenden Abtas- tung mit einem Energiestrahlbündel zum Aufschmelzen des Aufbaumaterials erfolgt, geringer. Als Folge ist während des Aufschmelzvorgangs die Temperatur im Auftreff- bereich des Energiestrahlbündels homogener und ferner sind auch Temperaturunterschiede zum Umgebungsbereich des Auftreffbereichs des Energiestrahlbündels ge- ringer, was zu langsamerer Abkühlung und so zu geringeren temperaturbedingten Spannungen und damit zu einem geringeren Verzug des hergestellten Objekts führt.
Insbesondere kann bei dem beschriebenen Vorgehen der Zeitraum zwischen aufeinanderfolgenden Abtastvorgängen einer Stelle variiert werden. Dadurch kann ein unterschiedliches Wärmeableitverhalten der Umgebungen unterschiedlicher Stellen be rücksichtigt werden. Das Wärmeableitverhalten hängt beispielsweise davon ab, wieviel unverfestigtes Aufbaumaterial sich in der Umgebung einer Stelle befindet. Ferner spielt beispielsweise eine Rolle, wie vielen Stellen in der Umgebung einer Stelle bereits Energie mittels eines Energiestrahlbündels zugeführt wurde. Optional kann daher individuell für die einzelnen Stellen der geeignete Zeitpunkt zum Vorheizen bzw. kontrollierten Abkühlen eingestellt werden, ohne die einzutragende Energie pro Flächeneinheit individuell einstellen zu müssen.
Insbesondere kann das Energiestrahlbündel mit der gleichen Geschwindigkeit über eine abzutastende Stelle bewegt werden wie bei einem nachfolgenden oder vorangegangenen Abtastvorgang dieser Stelle. Damit kann eine komplizierte Anpassung der zuzuführenden Energie pro Flächeneinheit an die Abtastgeschwindigkeit vermieden werden. Allgemein ist eine unterschiedliche Wahl der Abtastgeschwindigkeit bei einem nochmaligen Abtastvorgang zwar möglich, jedoch wird dies nicht angestrebt.
Bevorzugt wird im zweiten Schritt für das erstmalige Abtasten und ein nachfolgendes Abtasten eines Verfestigungsbahnabschnitts spezifiziert, dass ein Energiestrahlbündel verwendet wird, welches mittels ein und derselben Energieeintragseinrichtung über das Aufbaumaterial bewegt wird.
Wenn eine Vorheizung oder ein kontrolliertes Abkühlen unter Zuhilfenahme von nur einer Energieeintragseinrichtung bewerkstelligt wird, dann ist es besonders leicht möglich, das erfinderische Vorgehen auf existierenden additiven Herstellvorrichtungen zu implementieren, ohne aufwändige apparative Abänderungen der Vorrichtung vornehmen zu müssen. Im Prinzip genügt es dann, der additiven Herstellvorrichtung erfindungsgemäß bereitgestellte Steuerdaten für die Steuerung des Herstellvorgangs zur Verfügung zu stellen. Enthält eine existierende additive Herstellvorrichtung bereits eine Mehrzahl von Energieeintragseinrichtungen, dann kann zur Implementierung des Vorgehens ebenfalls die Zurverfügungstellung von erfindungsgemäß bereitgestellten Steuerdaten ausreichen, allerdings ist in solch einem Fall die Koordination der Energieeintragseinrichtungen aufwändiger, wobei im Gegenzug der Herstellvorgang schneller vonstatten gehen kann.
Bevorzugt erstrecken sich die mindestens zweimal abgetasteten Verfestigungsbahnabschnitte über die gesamte Länge der Verfestigungsbahn. Insbesondere wenn Verfestigungsbahnen als Ganzes mehrfach abgetastet werden, kann das Vorgehen auf einfache Weise implementiert werden. Als Beispiel sei hier das wiederholte Abtasten von Scanlinien (Hatchlinien) genannt. Falls es z.B. bei ei- nem nachfolgenden Abtastvorgang von Hatchlinien einen seitlichen Versatz gegen- über dem vorangegangenen Abtastvorgang gibt, dann wird lediglich ein Abschnitt ei- ner Verfestigungsbahn (nämlich der Überschneidungsbereich der Scanlinie des vo- rangegangenen Abtastvorgangs mit jener des nachfolgenden Abtastvorgangs) mehrmals abgetastet.
Bevorzugt wird im zweiten Schritt (S2) spezifiziert, dass ein Vorgang des Abtastens von Verfestigungsbahnabschnitten, insbesondere der erste Abtastvorgang, unterbro- chen wird, um während der Unterbrechung bereits abgetastete Verfestigungsbahnab- schnitte nochmals mit einem Energiestrahlbündel abzutasten.
Bei solch einem Vorgehen ist es unter anderem möglich, mit einer nur geringen An- zahl von Energieeintragseinrichtungen, insbesondere nur einer Energieeintragsein- richtung, auszukommen. Wenn mehrere Energieeintragseinrichtungen verwendet werden, dann kann die Unterbrechung des Abtastvorgangs dazu genutzt werden, dem Aufbaumaterial Zeit für eine Abkühlung zu geben, um Überhitzungen zu vermeiden.
Mit Unterbrechung des Abtastvorgangs ist insbesondere gemeint, dass z.B. beim Hat- chen eine Abtastung Hatchlinie für Hatchlinie unterbrochen wird, um zwischenzeitlich bereits abgetastete Hatchlinien nochmals abzutasten oder der aktuell abgetasteten Hatchlinie direkt benachbarte Hatchlinien zu überspringen und beispielsweise an anderer Stelle mit der Abtastung fortzufahren. Mit anderen Worten, ein vorangehender Abtastvorgang (die erstmalige, zweite, dritte, etc. Abtastung) wird unterbrochen um zwischenzeitlich einen (weiteren) Wiederholungs-Abtastvorgang (die zweite, dritte, vierte, etc. Abtastung an anderen Verfestigungsbahn(abschnitt)en bzw. einen Erst- Abtastdurchgang an anderer Stelle durchzuführen.
Vorzugsweise wird im zweiten Schritt spezifiziert, dass der zeitliche Abstand von auf- einanderfolgenden Abtastvorgängen der einzelnen Verfestigungsbahnabschnitte wäh- rend eines wiederholten Abtastens sich von dem zeitlichen Abstand von aufeinander- folgenden Abtastvorgängen derselben Verfestigungsbahnabschnitte während eines vorangegangenen Abtastens unterscheidet.
Bei dem beschriebenen Vorgehen werden bei einer Abtastung des Aufbaumaterials zum Vorheizen desselben oder einer Abtastung des Aufbaumaterials, um eine kontrol- lierte (verzögerte) Abkühlung desselben zu bewirken, nicht all jene Stellen, die verfestigt werden, abgetastet. Dadurch ist die Dauer des Vorheizens oder kontrollierten Ab- kühlens verkürzt und die Zeitdauer des Herstellvorgangs kürzer. Handelt es sich z.B. bei den Verfestigungsbahnen um Hatchlinien, dann würde zum Vorheizen oder kon- trollierten Abkühlen z.B. nur jede n-te Hatchlinie, z.B. nur jede dritte, abgetastet.
Vorzugsweise wird der zeitliche Abstand von aufeinanderfolgenden Abtastvorgängen beim wiederholten Abtasten in Abhängigkeit von der Länge der Verfestigungsbahnab- schnitte bei einem vormaligen Abtasten gewählt.
Wenn benachbarte Verfestigungsbahnen kurz sind, d.h. die Länge des lückenlosen bzw. ununterbrochenen Verfahrwegs kurz ist, wird lokal mehr Energie pro Zeiteinheit in das Aufbaumaterial eingetragen, da die Zeitdauer, nach der das Energiestrahlbündel wieder in die Nähe einer bereits abgetasteten Stelle kommt, kurz ist. Da weniger Zeit für einen Abtransport der Wärmeenergie zur Verfügung steht, wird daher die Temperatur bei kurzen Verfestigungsbahnen höher sein als bei längeren Verfestigungsbahnen. Für eine bessere Homogenität bei der Herstellung des Objekts kann daher der Abstand zwischen den Abtastspuren bei einem nochmaligen Abtastvorgang umso größer gewählt werden, je kürzer die Verfestigungsbahnlängen sind. Auch andere Eingangsgrößen wie eine Geschwindigkeit der Abtastung bzw. eine Leistung der Energieeintragseinrichtung können bei der Wahl dieses Abstands zwischen den Abtastspuren berücksichtigt werden. Bezüglich der Möglichkeiten, bei der Spezifizierung des Abtastvorgangs, insbesondere der Festlegung des Abstands zwischen den Abtastspuren, die Länge der Abtastspuren zu berücksichtigen, wird hier durch Bezugnahme die Offenbarung der von der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2017 207 264.4 beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereichten Patentanmeldung aufgenommen. Insbesondere kann in dem zweiten Schritt in dem Datenmodell spezifiziert werden, dass für den Teilbereich eines Objektquerschnitts abgeprüft wird, ob die für die Abtas- tung des Aufbaumaterials entlang einer Scanlinie benötigte Abtastzeit eine vorgege- bene Mindestzeitdauer tmin unterschreitet und falls dies für eine Scanlinie festgestellt wird, entweder eine verringerte Energiedichte des Energiestrahlbündels während der Abtastung des Aufbaumaterials entlang dieser Scanlinie spezifiziert werden und/oder nach dem Abtasten entlang der Scanlinie eine Wartezeit spezifiziert werden, bevor das Energiestrahlbündel entlang einer weiteren Scanlinie bewegt wird, wobei die ver- ringerte Energiedichte des Energiestrahlbündels so spezifiziert wird, dass eine umso geringere Energiedichte des Energiestrahlbündels spezifiziert wird, je stärker die vorgegebene Mindestzeitdauer tmin unterschritten wird.
Insbesondere kann dabei im zweiten Schritt abgeprüft werden, ob bei zwei nebenei- nander liegenden Scanlinien die vorgegebene Mindestzeitdauer tmin unterschiedlich stark unterschritten wird und falls dies der Fall ist, abgeprüft werden, welche der bei- den Scanlinien zeitlich später abzutasten ist,
wobei für die zeitlich zuerst abzutastende Scanlinie eine erste verringerte Energiedichte E1 spezifiziert wird und für die zeitlich später abzutastende Scanlinie eine zweite verringerte Energiedichte E2 spezifiziert wird,
wobei die erste und zweite verringerte Energiedichte E1 und E2 so spezifiziert werden, dass für den Fall, dass eine Abtastzeit U2 für die zeitlich später abzutastende Scanlinie geringer ist als eine Abtastzeit tAi für die zeitlich zuerst abzutastende Scanlinie, der Betrag der Differenz zwischen der ersten und zweiten verringerte Energie- dichte |E1-E2| geringer ist als in dem Fall, in dem eine Abtastzeit Uz für die zeitlich später abzutastende Scanlinie größer ist als eine Abtastzeit ^ für die zeitlich zuerst abzutastende Scanlinie.
Bevorzugt kann dabei für den Fall, dass für eine Scanlinie eine Unterschreitung der Mindestzeitdauer tmin festgestellt wird, eine Wartezeit vor oder nach der Abtastung des
Aufbaumaterials entlang dieser Scanlinie eingelegt werden, wobei die Wartezeit hoch- stens, bevorzugt genau, der Differenz zwischen der Mindestzeitdauer tmm und der Zeitdauer für die Abtastung dieser Scanlinie entspricht.
Weiter bevorzugt kann für den Fall, dass für eine Scanlinie eine Unterschreitung der Mindestzeitdauer tmin festgestellt wird, eine Wartezeit vor oder nach der Abtastung des Aufbaumaterials entlang dieser Scanlinie spezifiziert werden und während der Wartezeit eine Abtastung des Aufbaumaterials durch das Energiestrahlbündel entlang mindestens einer weiteren Scanlinie spezifiziert werden.
Vorzugsweise wird im zweiten Schritt spezifiziert, dass das mindestens eine Energiestrahlbündel entlang von Verfestigungsbahnabschnitten verfahren wird, welche vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Das beschriebene Vorgehen eignet sich insbesondere beim "Hatchen", bei dem ein Energiestrahlbündel in der Regel entlang von zueinander im Wesentlichen parallelen oder antiparallelen Verfestigungsbahnen innerhalb eines Teilbereichs bewegt wird, ähnlich wie bei einem Schraffieren des Teilbereichs (engl.: Hatching). Dabei erfolgt an einem Verfestigungsbahnende, also insbesondere dort, wo die Verfestigungsbahn an den Rand eines (in der Regel streifenförmigen) Bereichs trifft, ein Sprung zur nächsten, insbesondere benachbarten, Verfestigungsbahn. Die nächste Verfestigungsbahnkann entweder in der gleichen Bewegungsrichtung abgetastet werden oder aber in einer entgegengesetzten Bewegungsrichtung. Da in der Praxis die Verfestigungsbahnen nicht immer streng parallel gewählt werden können, ist davon die Rede, dass die Verfestigungsbahnen im Wesentlichen zueinander parallel sind. Allgemein kann ein streifenförmiger Bereich insofern definiert werden als eine geometrische Form, in der mindestens zwei, bevorzugt eine Vielzahl (also mehr als 10), wie oben beschriebene Hatchlinien nebeneinander positioniert sind, wobei die Hatchlinien nicht zwangsläufig eine gleiche Längenabmessung aufweisen müssen. Bevor ein weiterer streifenförmi- ger Bereich mit dem Energiestrahlbündel abgetastet wird, werden daher bevorzugt alle Hatchlinien in dem aktuell abgetasteten streifenförmigen Bereich abgefahren. Es sei noch erwähnt, dass, wenn eine wiederholte Abtastung von Verfestigungsbah- nen in der gleichen Abtastrichtung wie eine vormalige Abtastung erfolgt, es möglich wird, die zeitliche Distanz zwischen aufeinanderfolgenden Abtastvorgängen für alle Stellen einer Verfestigungsbahn gleich zu wählen, was zu einer Homogenisierung der Materialeigenschaften beiträgt, da der Temperaturverläufe mit der Zeit der einzelnen Stellen einer Verfestigungsbahn aneinander angeglichen werden.
Vorzugsweise wird im zweiten Schritt spezifiziert, dass vor Beendigung des erstmaligen Abtastens aller Stellen des Teilbereichs mit einem Energiestrahlbündel bereits ein nochmaliges Abtasten von Stellen des Teilbereichs mit einem Energiestrahlbündel durchgeführt wird.
Bei dem Vorgehen gemäß der Erfindung macht es nicht zwingend Sinn, zunächst alle Stellen eines Teilbereichs mit einem Energiestrahlbündel abzutasten, bevor einzelne Stellen nochmals abgetastet werden. Es wird also eine Abtaststrategie gewählt, bei der kurzfristig und ohne aufwändige Messungen die Temperaturen einzelner Stellen des Teilbereichs automatisch korrigiert werden können.
Weiter bevorzugt wird spezifiziert, dass, nachdem an einer Stelle die durch ein Ener- giestrahlbündel eingebrachte Energiemenge zu einer Überschreitung der Schmelz- temperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des Energiestrahlbün- dels geführt hat, bei nachfolgenden Abtastvorgängen die Energieeinträge pro Flächeneinheit an dieser Stelle monoton abfallen.
Insbesondere wenn Stellen mehr als zweimal abgetastet werden, ist bei diesem Vorgehen eine besonders sorgfältige Kontrolle der Abkühlung dieser Stellen möglich. Hierzu wird nach einem Energieeintrag pro Flächeneinheit an einer Stelle, der zu einer Überschreitung der Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des Energiestrahlbündels führt, bei nachfolgenden Abtastvorgängen der Energieeintrag pro Flächeneinheit monoton, bevorzugt streng monoton, gesenkt, so dass das zumindest teilweise aufgeschmolzene Aufbaumaterial langsam und kontrolliert abkühlen kann, um die Temperaturunterschiede zur Umgebung des Bauteils kontrol- lierter abzubauen und damit u. a. für geringere Spannungen im Bauteil zu sorgen.
Weiter bevorzugt wird spezifiziert, dass an einer Stelle die durch ein Energiestrahlbündel eingebrachte Energie pro Flächeneinheit zu gering ist, um eine Überschreitung der Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des Ener- giestrahlbündels bewirken zu können und die Energieeinträge pro Flächeneinheit bei nochmaligen Abtastvorgängen dieser Stelle monoton ansteigen bis bei einem Abtastvorgang erstmalig die Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreff- bereichs des Energiestrahlbündels überschritten wird.
Bei diesem Vorgehen werden die Stellen des Teilbereichs zunächst mittels Abtastens mit einem Energiestrahlbündel vorgeheizt, so dass bei jenem Abtastvorgang, bei dem eine zumindest teilweise Aufschmelzung des Aufbaumaterials stattfindet, ein geringerer Energieeintrag pro Flächeneinheit stattfinden muss als ohne vorangegangene Auf- heizung der Stellen. Dies führt zu einem geringeren Verzug der hergestellten Objekte aufgrund geringerer Temperaturunterschiede im Bauteil. Ein besonders behutsames Aufheizen des Aufbaumaterials ist insbesondere dann möglich, wenn die Stellen des Teilbereichs mehr als zweimal abgetastet werden und der Energieeintrag pro Flä- cheneinheit von Abtastvorgang zu Abtastvorgang gesteigert wird, wobei es natürlich einen Abtastvorgang geben muss, bei dem die Schmelztemperatur des Aufbaumaterials im Auftreffbereich des Energiestrahlbündels überschritten wird.
Insbesondere kann ein derartiges stufenweises Aufheizen mit einem zuvor beschriebenen stufenweisen Abkühlen kombiniert werden.
Bei einem erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels desselben, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials, vorzugsweise eines metallpulverhaltigen oder metalllegierungspulverhaltigen Aufbaumaterials, Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu Stellen in einer Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem zumindest eine Energieeintragseinrichtung zum Einträgen von Energie in das Aufbaumaterial diese Stellen mit mindestens einem Energiestrahlbündel gemäß einem Satz von Energieein- tragsparametern abtastet, wird der Ablauf des additiven Herstellverfahrens durch einen Steuerdatensatz gesteuert wird, der unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens generiert wurde.
Wenn erfindungsgemäß bereitgestellte Steuerdaten in einem Steuerdatensatz verwendet werden, der für die Steuerung eines additiven Herstellverfahrens generiert wurde, insbesondere die Steuerung eines schichtweisen additiven Herstellverfahrens unter Verwendung eines metallhaltigen Aufbaumaterials, wie beispielsweise eines Pulverschmelz- oder Sinterverfahrens, wie z.B. SLS oder DMLS, dann kann mit solch einem Vorgehen das durch das additive Herstellverfahren hergestellte dreidimensio- nale Objekt mit größerer Qualität gefertigt werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels der- selben, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials vorzugsweise eines metallpulverhaltigen oder metalllegierungspulverhaltigen Aufbau- materials, Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu Stellen in einer Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem zumindest eine Energieeintragseinrichtung zum Einträgen von Energie in das Aufbaumaterial diese Stellen mit mindestens einem Energiestrahlbündel gemäß einem Satz von Energieeintragsparametern entlang einer Anzahl von Verfestigungsbahnen abtastet, weist auf:
eine Datenmodell-Zugriffseinheit, die ausgelegt ist, auf computerbasierte Mo- delldaten eines Teilbereichs eines Querschnitts des Objekts zuzugreifen,
eine Datenmodell-Abänderungseinheit, die ausgelegt ist, ein Datenmodell des Teilbereichs zu erzeugen, wobei in dem Datenmodell ein Verfestigen des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahlbündel entlang zumindest einer Verfestigungsbahn spezifiziert ist , wobei spezifiziert ist, dass eine Mehrzahl von Verfestigungsbahnabschnitten, insbesondere die gesamte Anzahl von Verfestigungsbahnen, mindestens zweimal mit einem Energiestrahlbündel abgetastet werden und
die beim Abtasten eines Verfestigungsbahnabschnitts einzutragende Energiemenge so spezifiziert ist, dass entweder die beim ersten Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge oder die bei einem nachfolgenden Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts ein- gebrachte Energiemenge zu gering ist, um eine Verfestigung von Aufbaumate- rial durch eine Überschreitung der Schmelztemperatur des Aufbaumaterials in- nerhalb des Auftreffbereichs des jeweiligen Energiestrahlbündels bewirken zu können, und
eine Steuerdaten-Bereitstellungseinheit, die ausgelegt ist, Steuerdaten ent- sprechend dem durch die Datenmodell-Abänderungseinheit abgeänderten Datenmo- dell für die Generierung eines Steuerdatensatzes für die additive Herstellvorrichtung bereitzustellen.
Die Bereitstellung eines im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens er- zeugten Datenmodells für die Generierung eines Steuerdatensatzes kann durch die Steuerdaten-Bereitstellungseinheit selbst geschehen, indem diese das erzeugte Da- tenmodell in einen Steuerdatensatz für die additive Herstellvorrichtung integriert. Be- reitstellen umfasst aber auch ein Weiterleiten des Datenmodells an eine Datenverarbeitungsvorrichtung, welche das Datenmodell in einen Steuerdatensatz integriert, oder ein direktes Weiterleiten an eine additive Herstellvorrichtung. Insbesondere ist es möglich, während eines Herstellvorgangs in der additiven Herstellvorrichtung dieser dynamisch Datenmodelle für noch herzustellende Objektquerschnitte zur Verfügung zu stellen. Insbesondere müssen im zweiten Schritt erzeugte Datenmodelle nicht einzeln für einen additiven Herstellvorgang bereitgestellt werden. Vielmehr können auch mehrere erzeugte Datenmodelle zunächst gesammelt und anschließend in ihrer Ge- samtheit zur Integration in einen Steuerdatensatz bereitgestellt werden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur computergestützten Ansteuerung einer An- zahl von Energieeintragseinrichtungen einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben,
wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials, vor- zugsweise eines metallpulverhaltigen oder metalllegierungspulverhaltigen Aufbauma- terials, Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu Stellen in einer Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in die- ser Schicht zugeordnet sind, indem zumindest eine Energieeintragseinrichtung zum Einträgen von Energie in das Aufbaumaterial diese Stellen mit mindestens einem Energiestrahlbündel gemäß einem Satz von Energieeintragsparametern entlang einer Anzahl von Verfestigungsbahnen abtastet,
ist so ausgelegt, dass eine Mehrzahl von Verfestigungsbahnabschnitten, insbe- sondere die gesamte Anzahl von Verfestigungsbahnen, mindestens zweimal mit ei- nem Energiestrahlbündel abgetastet wird, und
die beim Abtasten eines Verfestigungsbahnabschnitts einzutragende Energie- menge so spezifiziert ist, dass entweder die beim ersten Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge oder die durch einen nachfolgenden Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge zu gering ist, um eine Verfestigung von Aufbaumaterial durch eine Überschreitung der Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des jeweiligen Energiestrahlbündels bewirken zu können.
Als Vorrichtung zur computergestützen Ansteuerung einer Anzahl von Energieeintragseinrichtungen kann insbesondere ein Teil der Steuereinrichtung einer additiven Herstellvorrichtung in Kombination mit entsprechenden Treibern der Anzahl von Energieeintragseinrichtungen angesehen werden. Insbesondere ist solche eine Vorrichtung so ausgelegt, dass sie die Ansteuerung entsprechend den Steuerbefehlen vornimmt, die in einem Steuerdatensatz vorhanden sind, für dessen Generierung erfindungsgemäß Steuerdaten bereitgestellt wurden. In solch einer Vorrichtung ist es grundsätzlich möglich, alle Komponenten der Vorrichtung mittels Software zu realisieren. Natürlich ist eine alternative Realisierung allein mittels Hardware oder mittels einer Mischung aus Software- und Hardwarekomponenten in gleicher weise möglich. Eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimen- sionalen Objekts, in der das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials, vorzugsweise eines metallpulverhaltigen oder metalllegierungspulverhaltigen Aufbaumaterials, Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials mittels Zu- fuhr von Strahlungsenergie zu Stellen in einer Schicht, die dem Querschnitt des Ob- jekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem zumindest eine Energieeintragseinrich- tung zum Einträgen von Energie in das Aufbaumaterial diese Stellen mit mindestens einem Energiestrahlbündel gemäß einem Satz von Energieeintragsparametern ent- lang einer Anzahl von Verfestigungsbahnen abtastet, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur computergestützten Ansteuerung einer Anzahl von Energieeintrags- einrichtungen auf und/oder ist mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur computergestützten Ansteuerung einer Anzahl von Energieeintragseinrichtungen signaltech- nisch verbunden.
Mit solch einer additiven Herstellvorrichtung ist es möglich, Bauteile mit höherer Qualität zu fertigen, da die Temperaturunterschiede und damit auch die Spannungen innerhalb eines Objekts während dessen Herstellung reduziert sind.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm weist Programmcodemittel auf, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung von Steuerdaten o- der eines erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Datenprozessor, insbesondere einem mit einer additi- ven Herstellvorrichtung zusammenwirkenden Datenprozessor, ausgeführt wird.
"Zusammenwirken" heißt hierbei, dass der Datenprozessor entweder in die additive Herstellvorrichtung integriert ist oder mit ihr Daten austauschen kann. Die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung von Steuerdaten sowie der zugehörigen Vorrichtung mittels Software ermöglicht eine einfache Installierbarkeit auf verschiedenen EDV-Systemen an verschiedenen Orten (beispielsweise beim Er- steller des Designs des Objekts bzw, beim Betreiber der additiven Herstellvorrichtung). Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Be- schreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren.
Fig. 1 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer bei- spielhaften Vorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 zeigt schematisch für das Beispiel einer Abtastung eines streifenförmigen Bereichs mittels Hatchvektoren eine Möglichkeit des erfindungsgemäßen Vorgehens,
Fig. 3 zeigt schematisch für das Beispiel einer Abtastung eines streifenförmigen Be- reichs mittels Hatchvektoren eine weitere Möglichkeit des erfindungsgemäßen Vorgehens, Fig. 4 zeigt schematisch für das Beispiel einer Abtastung eines streifenförmigen Be- reichs mittels Hatchvektoren noch eine andere Möglichkeit des erfindungsgemäßen Vorgehens,
Fig. 5 zeigt schematisch ein Beispiel für ein Vorgehen bei einer Verfestigung eines streifenförmigen Teilbereichs eines Objektquerschnitts,
Fig. 6 veranschaulicht den Ablauf eines Verfahrens zur Bereitstellung von Steuerda- ten und Fig. 7 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Bereitstellung von Steuerdaten.
Für eine Beschreibung der Erfindung soll zunächst nachfolgend am Beispiel einer Lasersinter- oder -Schmelzvorrichtung eine additive Herstellvorrichtung unter Bezug- nähme auf Fig. 1 beschrieben werden, mittels derer die Erfindung umgesetzt werden kann. Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 eine Prozesskammer oder Baukammer 3 mit einer Kammerwandung 4. In der Pro- zesskammer 3 ist ein nach oben offener Baubehälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 5 ist eine Arbeitsebene 7 de- finiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 7, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld 8 bezeichnet wird.
In dem Baubehälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 10 angeordnet, an dem eine Grundplatte 11 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 11 kann eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein, die an dem Träger 10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 10 ausgebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Pro- zess kann auf der Grundplatte 11 noch eine Bauplattform 12 als Bauunterlage ange- bracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 11 selbst aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In Fig. 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 12 zu bildende Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 13. Die Lasersinter- oder -Schmelzvorrichtung 1 enthält weiterhin einen Vorratsbehälter 14 für ein Aufbaumaterial 15, in diesem Beispiel ein durch elektromagnetische Strahlung verfestig bares Pulver, und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 16 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 15 innerhalb des Baufelds 8. Optio- nal kann in der Prozesskammer 3 eine Heizvorrichtung, z.B. eine Strahlungsheizung 17, angeordnet sein, die zum Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials dient. Als
Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein.
Die beispielhafte additive Herstellvorrichtung 1 enthält ferner eine Energieeintragseinrichtung 20 mit einem Laser 21 , der einen Laserstrahl 22 erzeugt, welcher über eine Umlenkvorrichtung bzw. Ablenkvorrichtung 23 umgelenkt wird und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Oberseite der Prozess- kammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 7 fokussiert wird.
Beim Lasersintern oder Laserschmelzen können eine oder mehrere Energieeintrags- einrichtung beispielsweise einem oder mehreren Gas- oder Festkörperlasern oder jeder anderen Art von Lasern wie z.B. Laserdioden, zugeordnet sein. Insbesondere ist auch der Einsatz von VCSELn (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSELn (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser), oder einer Laserzeile möglich und von der Erfindung umfasst. Der in Fig. 1 gezeigte spezifische Aufbau einer Lasersin- ter- oder -Schmelzvorrichtung ist daher für die vorliegende Erfindung nur beispielhaft und kann natürlich auch abgewandelt werden, insbesondere bei Verwendung einer anderen Energieeintragseinrichtung als der gezeigten. Um kenntlich zu machen, dass die Gestalt des Strahlungsauftreffbereichs auf dem Aufbaumaterial nicht notwendigerweise annähernd punktförmig, sondern auch flächig sein kann, wird in dieser Anmeldung auch oftmals der Begriff "Strahlbündel" synonym zu "Strahl" verwendet.
Die Lasersintervorrichtung 1 enthält weiterhin eine Steuereinrichtung 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch teilweise oder ganz außerhalb der additiven Herstellvorrichtung angeordnet sein. Die Steuereinrichtung kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der additiven Her- Stellvorrichtung in einer Speichervorrichtung gespeichert sein, von wo aus es (z.B. über ein Netzwerk) in die additive Herstellvorrichtung, insbesondere in die Steuerein- richtung, geladen werden kann.
Im Betrieb wird durch die Steuereinrichtung 29 der Träger 10 Schicht für Schicht ab- gesenkt, der Beschichter 16 zum Auftrag einer neuen Pulverschicht angesteuert und die Umlenkvorrichtung 23 und gegebenenfalls auch der Laser 21 und/oder die Fokus- siervorrichtung 24 angesteuert zum Verfestigen der jeweiligen Schicht an den dem jeweiligen Objekt entsprechenden Stellen mittels des Lasers durch Abtasten dieser Stellen mit dem Laser. Alle im weiteren Verlauf gemachten Ausführungen gelten nicht nur für Lasersinter- oder -Schmelzvorrichtungen, sondern auch für anders geartete additive Herstellvor- richtungen, bei denen Wärmeenergie in Form von Strahlung in das Aufbaumaterial eingetragen wird.
In der soeben beispielhaft beschriebenen additiven Herstellvorrichtung geht ein Her- stellvorgang so vonstatten, dass die Steuereinrichtung 29 einen Steuerdatensatz abarbeitet.
Durch den Steuerdatensatz wird einer Energieeintragseinrichtung, im Falle der obigen Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung speziell der Umlenkvorrichtung 23, für jeden Zeitpunkt vorgegeben, auf welche Stelle der Arbeitsebene 7 Energiestrahlung zu richten ist.
Wie in Fig. 7 gezeigt, enthält eine Vorrichtung 100 zur Bereitstellung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrichtung eine Datenzugriffseinheit 101 , eine Datenmodell- Erzeugungseinheit 102 und eine Steuerdaten-Bereitstellungseinheit 103. Die Funktionsweise der Vorrichtung 100 zur Bereitstellung von Steuerdaten wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben.
In der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung 100 zur Bereitstellung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrichtung greift zunächst die Datenzugriffseinheit 101 auf computerbasierte Modelldaten eines Teilbereichs eines Querschnitts des herzustellenden Objekts zu. Beispielsweise greift die Datenzugriffseinheit 101 auf eine Anzahl von Schichtdatensätzen zu, von denen jeder ein Datenmodell eines während der Herstellung selektiv zu verfestigenden Bereichs eines Objektquerschnitts, bevorzugt des gesamten zu verfestigenden Objektquerschnitts, der einer Aufbaumaterialschicht zugeordnet ist, aufweist. In dem in Fig. 6 gezeigten Verfahrensablauf ist dies der Schritt S1. In dem in Fig. 6 gezeigten Schritt S2 spezifiziert nun die Datenmodell- Erzeugungseinheit 102 in einem Datenmodell eines (Teilbereichs eines) Objektquerschnitts eine zeitliche Reihenfolge der Verfestigung von Stellen einer Aufbaumaterialschicht, die diesem Objektquerschnitt zugeordnet ist. Mit anderen Worten, es wird eine Bewegung des einen oder der mehreren Energiestrahlbündel, die in der additiven Herstellvorrichtung verwendet werden, entlang von Scanlinien über das Aufbaumaterial festgelegt.
Fig. 5 zeigt Teilbereiche 53 des Objektquerschnitts, die im Beispiel streifenförmig, d.h. rechteckig, sind und durch Bewegen eines Energiestrahlbündels Scanlinie für Scanlinie abgetastet werden. Im Beispiel der Fig. 5 besteht dabei der Objektquerschnitt 50 aus einem Innenbereich oder Kernbereich 52 und einem Konturbereich 51. Der Kernbereich oder Innenbereich 52 wird üblicherweise so mit Energiestrahlung abgetastet, dass bereichsweise, also Teilbereich 53 für Teilbereich 53 das Material verfestigt wird. Die Bewegung des Energiestrahlbündels innerhalb der Teilbereiche 53 entlang von zueinander parallelen Abtastlinien bzw. Hatchlinien bzw. Verfestigungsbahnen 54 wird üblicherweise als "Hatchen" (deutsch: schraffieren) bezeichnet. Die Pfeile in Fig. 5 sollen die Bewegungsrichtung des Energiestrahlbündels über die Aufbaumaterialschicht veranschaulichen. Man erkennt, dass in Fig. 5 zwei benachbarte Hatchlinien bzw. Verfestigungsbahnen 54 stets in entgegengesetzter Richtung durchlaufen werden. Solch ein Vorgehen birgt Geschwindigkeitsvorteile, da der Weg des Energie- strahlbündels über das Aufbaumaterial ohne Energieeintrag (an den Umkehrpunkten der Bewegungsrichtung) dadurch kurz sein kann. Alternativ ist es aber auch möglich, dass alle Hatchlinien in der gleichen Richtung durchlaufen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in Fig. 5 veranschaulichten Strategie beim Verfestigen von Bereichen einer Aufbaumaterialschicht erläutert. Dabei wird jede zu verfestigende Stelle eines Bereichs mindestens zweimal mit einem Energiestrahlbündel, z.B. einem Laser, abgetastet. Das Vorgehen wird im Detail anhand der Figuren 2 bis 4 beschrieben, welche Beispiele dafür liefern, wie eine zeitliche Reihenfolge der Abtastung im zweiten Schritt S2 festgelegt werden kann. Hierbei wird zunächst angenommen, dass das Verfahren für ein kontrollierteres Abkühlen des Aufbaumate- rials nach einem zumindest teilweisen Aufschmelzvorgang eingesetzt wird. Die vorge- schlagenen zeitlichen Reihenfolgen beim Abtasten der Stellen des Aufbaumaterials sind jedoch in gleicher Weise anwendbar auf Fälle, in denen vor dem eigentlichen Aufschmelzvorgang des Aufbaumaterials an einer Stelle eine Vorerwärmung dieser Stelle mit einem Energiestrahl(bündel), z.B. einem Laserstrahl, herbeigeführt werden soll. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird angenommen, dass lediglich ein Energiestrahlbündel zum Einsatz kommt.
Bei dem Beispiel der Fig. 2 sind Scanlinien bzw. Verfestigungsbahnen a bis I, die jeweils zueinander einen Abstand d1 aufweisen, dargestellt. Die Buchstabenfolge a bis I soll die zeitliche Reihenfolge veranschaulichen, in der die Verfestigungsbahnen mit einem Energiestrahlbündel, z.B. einem Laserstrahl, ein erstes Mal abgetastet werden. Man erkennt in Fig. 2, dass zunächst die Verfestigungsbahnen a bis j abgetastet werden. Dabei wird soviel Energie pro Flächeneinheit eingetragen, dass eine zumindest teilweise Aufschmelzung des Aufbaumaterials erfolgt, also die Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des Energiestrahl(bündel)s, z.B. eines Laserstrahls, überschritten wird.
Daraufhin springt nach Beendigung des Abtastvorgangs entlang der Verfestigungsbahn j der Laserstrahl in einem Sprungvorgang 201 zum Anfang der Verfestigungsbahn a. Daraufhin werden die Verfestigungsbahnen a bis d nochmals in der Reihen- folge a, b, c, d abgetastet. Flierdurch wird ein zu schnelles Abkühlen des bereits einmal entlang dieser Verfestigungsbahnen abgetasteten Aufbaumaterials vermieden.
Die bei dem nochmaligen Abtastvorgang eingetragene Energie pro Flächeneinheit ist dabei so festgelegt, dass die durch den Laserstrahl eingebrachte Energiemenge pro Flächeneinheit für sich alleine nicht ausreicht, um eine Überschreitung der Schmelz- temperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des Laserstrahls bewirken zu können. Mit anderen Worten, wenn das Aufbaumaterial nicht noch in flüssi- gem Zustand vorliegt, so ist die beim zweiten Abtasten eingetragene Energiemenge pro Flächeneinheit insbesondere nicht in der Lage, das Aufbaumaterial wieder in den geschmolzenen, d.h. flüssigen, Zustand zu versetzen. Der Sinn des zweiten Abtastvorgangs liegt darin, dass ein Abkühlvorgang hinausge- zögert werden soll, um Spannungen abzubauen und damit Risse im Material zu ver- meiden. Anschließend wird der Laserstrahl in einem zweiten Sprung 202 vom Ende der Verfestigungsbahn d zum Anfang der Verfestigungsbahn k bewegt. Nunmehr wird die Verfestigungsbahn k, die in dem Beispiel noch nie abgetastet wurde, dergestalt mit dem Laserstrahl abgetastet, dass das Aufbaumaterial entlang der Verfestigungsbahn k zumindest teilweise aufgeschmolzen wird, d.h. die Schmelztemperatur (bzw. je nach Anwendung die Solidus- oder Liquidustemperatur) des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des Laserstrahls überschritten wird. Der Abtastvorgang wird nun mit den Verfestigungsbahnen I, m und n (die letzten beiden sind nicht gezeigt) fortgesetzt, bevor wieder ein Rücksprung (diesmal zur Verfestigungsbahn e) erfolgt, usw.
Bei dem geschilderten Vorgehen wird die Verfestigungsbahn a nach einer Zeitdauer nochmals abgetastet, die der zum Abtasten der Linien b bis j benötigten Zeitdauer plus der für den Rücksprung 201 benötigten Zeitdauer entspricht. Mit anderen Worten, die Stellen des Aufbaumaterials entlang der Verfestigungsbahn a hatten bereits für diese Zeitdauer Gelegenheit, abzukühlen.
Nachdem die Datenmodell-Erzeugungseinheit 102 ein Datenmodell erzeugt hat, in dem eine Abtastung von Stellen des Teilbereichs eines Objektquerschnitts entsprechend dem geschilderten Vorgehen spezifiziert ist, wird schließlich in einem in Fig. 6 gezeigten Schritt S3 durch die Schichtdatensatz-Bereitstellungseinheit 103 (siehe Fig. 7) das im Schritt S2 erzeugte Datenmodell für die Generierung eines Steuerdatensatzes bereitgestellt. Die Bereitstellung kann dabei darin bestehen, dass das er- zeugte Datenmodell in einen Steuerdatensatz für die additive Herstellvorrichtung integriert wird, welcher, bevorzugt von einer Steuereinrichtung in der additiven Herstell- vorrichtung, der Steuerung eines additiven Herstellvorgangs zugrundegelegt wird. Der letztgenannte Schritt kann so aussehen, dass die Steuereinrichtung mittels eines Datenprozessors in derselben auf den in einem Speicher abgelegten Steuerdatensatz zugreift und die Umsetzung der entsprechenden Steuerbefehle veranlasst. Jener Teil der Steuereinrichtung, der in Kombination mit entsprechenden Treibern die Anzahl von Energieeintragseinrichtungen ansteuert, kann dabei als Vorrichtung zur compu- tergestützen Ansteuerung der Anzahl von Energieeintragseinrichtungen angesehen werden.
Fig. 3 zeigt ein alternatives Vorgehen. Wie bei Fig. 2 sind in Fig. 3 die Verfestig ungs- bahnen a bis I gezeigt, wobei die Buchstaben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 2 ha- ben. Bei dem Beispiel der Fig. 3 erfolgt ein erstmaliges Abtasten entlang der Verfesti- gungsbahnen a bis j. Hieraufhin springt der Laserstrahl in einem Sprung 301 zum Anfang der Verfestigungsbahn g. Nachdem diese ein zweites Mal abgetastet wurde (mit verminderter Energie pro Flächeneinheit), erfolgt ein Sprung 302 zum Beginn der Ver- festigungsbahn d, Nachdem die Verfestigungsbahn d ein zweites Mal abgetastet wurde (mit gegenüber dem ersten Abtastvorgang verminderter Energie pro Flächeneinheit), erfolgt ein Sprung 303 zum Beginn der Verfestigungsbahn a. Nachdem auch die Verfestigungsbahn a ein zweites Mal abgetastet wurde, erfolgt ein Sprung 304 zum Beginn der Verfestigungsbahn k, damit diese nachfolgend in einem ersten Abtastvor- gang mit solch einer Energie pro Flächeneinheit abgetastet wird, dass das Aufbaumaterial entlang der Verfestigungsbahn k zumindest teilweise aufschmilzt.
Bei dem Beispiel der Figur 3 erfolgt im Gegensatz zur Figur 2 ein Rücksprung 301 , 302, 303 jeweils nur über drei Verfestigungsbahnen hinweg. Weiterhin wird bei einer Serie von aufeinanderfolgenden Rücksprüngen nur jede vierte Verfestigungsbahn bzw. Hatchlinie nochmals abgetastet.
Das in Fig. 4 gezeigte Beispiel soll deutlich machen, dass nicht zwangsläufig die Richtung, in der Verfestigungsbahnen bei einem vorangegangenen Abtastvorgang abgeta- stet wurden, bei einem nachfolgenden Abtastvorgang beibehalten werden muss. Zwar haben die Erfinder festgestellt, dass die Beibehaltung der Abtastrichtung gewisse Vorteile bietet, da die Erwärmung des Aufbaumaterials in der gleichen zeitlichen Reihenfolge stattfindet wie bei einem vormaligen Abtastvorgang, aber ein Abtasten entgegen der Abtastrichtung eines vormaligen Abtastvorgangs führt ebenfalls bereits zu einer Verbesserung der Bauteilqualität. Das Beispiel von Fig. 4 zeigt entsprechend einen
Fall, in dem bereits ein erstmaliger Abtastvorgang der Verfestigungsbahnen a bis j durchgeführt wurde (wiederum mit zumindest teilweiser Aufschmelzung des Aufbau- materials) sowie ein bereits ein wiederholter Abtastvorgang der Verfestigungsbahnen a bis c durchgeführt wurde ausgehend von diesem Zustand springt der Laserstrahl nach der Abtastung des Verfestigungsbahn j in einem Sprung 401 zum Ende der Ver- festigungsbahn h zurück, welche daraufhin (entgegen der Abtastrichtung beim ersten Mal) mit vermindertem Energieeintrag pro Flächeneinheit abgetastet wird. Hieraufhin springt der Laserstrahl in einem Sprung 402 zum Beginn der Verfestigungsbahn f zurück, welche ebenfalls ein zweites Mal mit vermindertem Energieeintrag pro Flächeneinheit abgetastet wird, woraufhin in einem Sprung 403 der Laserstrahl zum Ende der Verfestigungsbahn d springt, welche beim zweiten Abtastvorgang entgegen der Ab- tastrichtung beim ersten Abtastvorgang durchlaufen wird. Schließlich springt in einem Sprung 404 der Laserstrahl zum Beginn der Verfestigungsbahn k, welche dann (wieder mit hinreichender Energie zum zumindest teilweisen Aufschmelzen des Aufbaumaterials) erstmalig abgetastet wird. Im weiteren Verlauf erfolgen dann Abtastvorgänge der Verfestigungsbahnen i, g, e und I, usw.
Die in den Fig. 2 bis 4 gegebenen Beispiele für ein erfinderisches Vorgehen sind lediglich stellvertretend für eine Vielzahl von Möglichkeiten der Wahl von Abtastrichtung und nochmals abzutastenden Verfestigungsbahnen bei einem nachfolgenden Abtastvorgang. Darüber hinaus kann das Vorgehen unter anderem in folgender Weise ab- gewandelt werden:
Die in Fig. 2 bis Fig. 4 zur Veranschaulichung gegebenen Beispiele sind in gleicher Weise auf Situationen anwendbar, in denen durch ein vormaliges Abtasten zunächst das Aufbaumaterial auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur aufgeheizt werden soll und in einem nachfolgenden Abtastvorgang dann erst das Aufbaumaterial durch Aufheizung über die Schmelztemperatur hinaus zumindest teilweise verfestigt wird. Insbesondere ist es auch möglich, einen Aufheizvorgang mittels Abtastens vor dem eigentlichen Aufschmelzvorgang des Aufbaumaterials mit einem gesteuerten Ab- kühlvorgang mittels Abtastens nach dem Aufschmelzvorgangs des Aufbaumaterials zu kombinieren. Die Erfindung ist ferner nicht darauf beschränkt, dass Stellen des
Aufbaumaterials lediglich zweimal abgetastet werden. Abschließend sei noch erwähnt, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Bereitstellung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrichtung nicht nur allein durch Softwarekomponenten, sondern auch allein durch Hardware-Komponenten oder Mischungen aus Hard- und Software realisiert sein kann. In der vorliegenden Anmel- düng erwähnte Schnittstellen müssen insbesondere nicht zwangsläufig als Hardware- Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Softwaremodule realisiert sein, beispielsweise, wenn die eingespeisten bzw. ausgegebenen Daten von bereits auf dem gleichen Gerät realisierten anderen Komponenten übernommen werden können, oder an eine andere Komponente nur softwaremäßig übergeben werden müs- sen. Ebenso könnten die Schnittstellen aus Hardware- und Software-Komponenten bestehen, wie zum Beispiel einer Standard-Hardware-Schnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatzzweck speziell konfiguriert wird. Außerdem können mehrere Schnittstellen auch in einer gemeinsamen Schnittstelle, beispielsweise einer Input- Output-Schnittstelle, zusammengefasst sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Computergestütztes Verfahren zur Bereitstellung von Steuerdaten für eine ad- ditive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels der- selben, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials, vorzugsweise eines metallpulverhaltigen oder metalllegierungspulverhaltigen Aufbaumaterials, Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu Stellen in einer Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in die- ser Schicht zugeordnet sind, indem zumindest eine Energieeintragseinrichtung zum Einträgen von Energie in das Aufbaumaterial diese Stellen mit mindestens einem Energiestrahlbündel gemäß einem Satz von Energieeintragsparametern entlang einer Anzahl von Verfestigungsbahnen abtastet,
wobei das Verfahren zur Bereitstellung von Steuerdaten aufweist:
einen ersten Schritt (S1) des Zugriffs auf computerbasierte Modelldaten eines Teilbereichs eines Querschnitts des Objekts,
einen zweiten Schritt (S2) des Erzeugens eines Datenmodells des Teilbereichs, wobei in dem Datenmodell ein Verfestigen des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahlbündel entlang zumindest einer Verfestigungsbahn spezifiziert ist , wobei spezifiziert wird, dass eine Mehrzahl von Verfestigungsbahnabschnitten, insbesondere die gesamte Anzahl von Verfestigungsbahnen, mindestens zweimal mit ei- nem Energiestrahlbündel abgetastet wird,
wobei die beim Abtasten eines Verfestigungsbahnabschnitts einzutragende Energiemenge so spezifiziert wird, dass entweder die beim ersten Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge oder die bei einem nachfolgenden Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge zu gering ist, um eine Verfestigung von Aufbaumaterial durch eine Überschreitung der Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbe reichs des jeweiligen Energiestrahlbündels bewirken zu können, und
einen dritten Schritt (S3), in dem Steuerdaten entsprechend dem im zweiten Schritt (S2) erzeugten Datenmodell für die Generierung eines Steuerdatensatzes für die additive Herstellvorrichtung bereitgestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei im zweiten Schritt (S2) für das erstmalige Abtasten und ein nachfolgendes Abtasten eines Verfestigungsbahnabschnitts spezifi- ziert wird, dass ein Energiestrahlbündel verwendet wird, welches mittels ein und der- selben Energieeintragseinrichtung über das Aufbaumaterial bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die mindestens zweimal abgetaste- ten Verfestigungsbahnabschnitte sich über die gesamte Länge der Verfestigungsbahn erstrecken.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem im zweiten Schritt (S2) spezifiziert wird, dass ein Vorgang des Abtastens von Verfestigungsbahnabschnitten, insbesondere der erste Abtastvorgang, unterbrochen wird, um während der Unterbre- chung bereits abgetastete Verfestigungsbahnabschnitte nochmals mit einem Energie- strahlbündel abzutasten.
5. Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im zweiten Schritt (S2) spezifiziert wird, dass der zeitliche Abstand von aufeinanderfolgenden Ab- tastvorgängen der einzelnen Verfestigungsbahnabschnitte während eines wiederhol- ten Abtastens sich von dem zeitlichen Abstand von aufeinanderfolgenden Abtastvor- gängen derselben Verfestigungsbahnabschnitte während eines vorangegangenen Abtastens unterscheidet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der zeitliche Abstand von aufeinanderfol- genden Abtastvorgängen beim wiederholten Abtasten in Abhängigkeit von der Länge der Verfestigungsbahnabschnitte bei einem vormaligen Abtasten gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei im zweiten Schritt (S2) spezifiziert wird, dass das mindestens eine Ener- giestrahlbündel entlang von Verfestigungsbahnabschnitten verfahren wird, welche vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander sind.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem im zweiten Schritt (S2) spezifiziert wird, dass vor Beendigung des erstmaligen Abtastens aller Stellen des Teilbereichs mit einem Energiestrahlbündel bereits ein nochmaliges Ab- tasten von Stellen des Teilbereichs mit einem Energiestrahlbündel durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem spezifiziert wird, dass, nachdem an einer Stelle die durch ein Energiestrahlbündel eingebrachte Energiemenge zu einer Überschreitung der Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des Energiestrahlbündels geführt hat,
bei nachfolgenden Abtastvorgängen die Energieeinträge pro Flächeneinheit an dieser Stelle monoton abfallen.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem spezifiziert wird, dass an einer Stelle die durch ein Energiestrahlbündel eingebrachte Energie pro Flächeneinheit zu gering ist, um eine Überschreitung der Schmelztemperatur des Auf- baumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des Energiestrahlbündels bewirken zu können und
die Energieeinträge pro Flächeneinheit bei nochmaligen Abtastvorgängen die- ser Stelle monoton ansteigen bis bei einem Abtastvorgang erstmalig die Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des Energiestrahlbündels überschritten wird.
11. Additives Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels desselben, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbau- materials, vorzugsweise eines metallpulverhaltigen oder metalllegierungspulverhaltigen Aufbaumaterials, Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu Stellen in einer Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem zumindest eine Energieeintragseinrichtung zum Einträgen von Energie in das Aufbaumaterial diese Stellen mit mindestens einem Energiestrahlbündel gemäß einem Satz von Energieeintragsparametern abtastet, wobei der Ablauf des additiven Herstellverfahrens durch einen Steuerdatensatz gesteuert wird, der unter Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 generiert wurde.
12. Vorrichtung zur Bereitstellung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrich- tung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials vorzugsweise eines metallpulverhaltigen oder metalllegierungspulverhaltigen Aufbaumaterials, Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu Stellen in einer Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem zumindest eine Energieeintragseinrichtung zum Einträgen von Energie in das Aufbaumaterial diese Stellen mit mindestens einem Energiestrahlbündel gemäß einem Satz von Energieeintragsparametern entlang einer Anzahl von Verfestigungs- bahnen abtastet,
wobei die Vorrichtung zur Bereitstellung von Steuerdaten aufweist:
eine Datenmodell-Zugriffseinheit (101), die ausgelegt ist, auf computerbasierte Modelldaten eines Teilbereichs eines Querschnitts des Objekts zuzugreifen,
eine Datenmodell-Abänderungseinheit (102), die ausgelegt ist, ein Datenmodell des Teilbereichs zu erzeugen, wobei in dem Datenmodell ein Verfestigen des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahlbündel entlang zumindest einer Verfestigungsbahn spezifiziert ist ,
wobei spezifiziert ist, dass eine Mehrzahl von Verfestigungsbahnabschnitten, insbesondere die gesamte Anzahl von Verfestigungsbahnen, mindestens zweimal mit einem Energiestrahlbündel abgetastet werden und
die beim Abtasten eines Verfestigungsbahnabschnitts einzutragende Energiemenge so spezifiziert ist, dass entweder die beim ersten Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge oder die bei einem nachfolgenden Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge zu gering ist, um eine Verfestigung von Aufbaumaterial durch eine Überschreitung der Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des jeweiligen Energiestrahlbündels bewirken zu können, und eine Steuerdaten-Bereitstellungseinheit (103), die ausgelegt ist, Steuerdaten entsprechend dem durch die Datenmodell-Abänderungseinheit (102) abgeänderten Datenmodell für die Generierung eines Steuerdatensatzes für die additive Herstellvorrichtung bereitzustellen.
13. Vorrichtung zur computergestützten Ansteuerung einer Anzahl von Energieeintragseinrichtungen einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben,
wobei das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials, vorzugsweise eines metallpulverhaltigen oder metalllegierungspulverhaltigen Aufbauma- terials, Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu Stellen in einer Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem zumindest eine Energieeintragseinrichtung zum Einträgen von Energie in das Aufbaumaterial diese Stellen mit mindestens einem Energiestrahlbündel gemäß einem Satz von Energieeintragsparametern entlang einer Anzahl von Verfestigungsbahnen abtastet,
wobei die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass eine Mehrzahl von Verfestigungsbahnabschnitten, insbesondere die gesamte Anzahl von Verfestigungsbahnen, min- destens zweimal mit einem Energiestrahlbündel abgetastet werden, und
die beim Abtasten eines Verfestigungsbahnabschnitts einzutragende Energie- menge so spezifiziert ist, dass entweder die beim ersten Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge oder die durch einen nachfolgenden Abtastvorgang dieses Verfestigungsbahnabschnitts eingebrachte Energiemenge zu gering ist, um eine Verfestigung von Aufbaumaterial durch eine Überschreitung der Schmelztemperatur des Aufbaumaterials innerhalb des Auftreffbereichs des jeweiligen Energiestrahlbündels bewirken zu können.
14. Additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, in der das Objekt hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials, vorzugsweise eines metallpulverhaltigen oder metalllegierungspulverhaltigen Aufbaumaterials, Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu Stellen in einer Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, indem zumindest eine Energieeintragseinrichtung zum Ein- tragen von Energie in das Aufbaumaterial diese Stellen mit mindestens einem Ener- giestrahlbündel gemäß einem Satz von Energieeintragsparametern entlang einer Anzahl von Verfestigungsbahnen abtastet, wobei die additive Herstellvorrichtung eine Vorrichtung nach Anspruch 13 aufweist und/oder mit einer Vorrichtung nach Anspruch 13 signaltechnisch verbunden ist.
15. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Datenprozessor, insbesondere einem mit einer additiven Herstellvorrichtung zusammenwirkenden Datenprozessor, ausgeführt wird.
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