WO2026002760A1 - Method and planning device for planning a locally selective irradiation of a working region using a plurality of energy beams, method and manufacturing device for the additive manufacturing of a component from a pulverulent material, and computer program - Google Patents
Method and planning device for planning a locally selective irradiation of a working region using a plurality of energy beams, method and manufacturing device for the additive manufacturing of a component from a pulverulent material, and computer programInfo
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Abstract
Description
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Verfahren und Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen, Verfahren und Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial und Computerprogramm Method and planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with a plurality of energy beams, method and manufacturing device for the additive manufacturing of a component from a powder material and computer program
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen, ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial und ein Computerprogramm. The invention relates to a method and a planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with a plurality of energy beams, a method and a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material and a computer program.
Typischerweise werden bei der Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs Bestrahlungsvektoren in einem ersten Schritt unabhängig von der Anzahl der zur Verfügung stehenden Energie strahl en generiert. Anschließend werden die generierten Energiestrahlen in einem zweiten Schritt abhängig von der Anzahl der Energie strahl en manipuliert, insbesondere auf verschiedene Energie strahl en oder diesen fest zugeordnete Bereiche aufgeteilt sowie gegebenenfalls in kleinere Bestrahlungsvektoren geteilt, insbesondere wenn ein Bestrahlungsvektor eine Grenze zwischen zwei Bereichen überschreitet, die verschiedenen Energie strahl en zugeordnet sind. Insoweit ist nämlich weiter typischerweise vorgesehen, dass der Arbeitsbereich einer Fertigungsvorrichtung fix und unabhängig von der konkret zu fertigenden Bauteilgeometrie in verschiedene Bereiche aufgeteilt wird, die verschiedenen Energie strahl en zugeordnet sind. Teilweise entstehen auf diese Weise sehr kleine Bestrahlungsvektoren. Problematisch ist dabei, dass die Auslastung der verschiedenen Energie strahl en häufig nicht optimal und somit die Produktivität gering ist. Weiter kann die Aufteilung von Bestrahlungsvektoren entlang vorbestimmter Grenzen und ganz besonders die Generierung sehr kleiner Bestrahlungsvektoren zu Qualitätsproblemen bei den gefertigten Bauteilen führen. Typically, when planning locally selective irradiation of a work area, irradiation vectors are generated in a first step, independent of the number of available energy beams. Subsequently, in a second step, the generated energy beams are manipulated depending on the number of energy beams, in particular by being divided among different energy beams or fixed areas assigned to them, and possibly split into smaller irradiation vectors, especially if an irradiation vector crosses a boundary between two areas assigned to different energy beams. In this respect, it is typically intended that the work area of a manufacturing device is divided into different areas, assigned to different energy beams, in a fixed manner and independent of the specific component geometry to be manufactured. In some cases, this results in very small irradiation vectors. The problem is that the utilization of the different energy beams is often suboptimal, and therefore productivity is low. Furthermore, the division of irradiation vectors along predetermined boundaries, and especially the generation of very small irradiation vectors, can lead to quality problems in the manufactured components.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen, ein Verfahren und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial und ein Computerprogramm zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise vermieden werden. The invention is therefore based on the objective of providing a method and a planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with a plurality of energy beams, and a method and a manufacturing device for the additive manufacturing of to create components from a powder material and a computer program, whereby the aforementioned disadvantages are at least reduced, preferably avoided.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen. The problem is solved by providing the present technical teaching, in particular the teaching of the independent claims as well as the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein - im Folgenden als Planungsverfahren bezeichnetes - Verfahren zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer ersten Anzahl an Energiestrahlen, um mittels der Energie strahl en mindestens ein Bauteil schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten eines Pulvermaterials herzustellen, geschaffen wird, The problem is solved in particular by creating a method – hereinafter referred to as a planning method – for planning a locally selective irradiation of a work area with a first number of energy beams in order to produce at least one component layer by layer from a plurality of powder material layers arranged successively in a layer sequence in the work area.
- wobei in mindestens einer Planungs-Pulvermaterialschicht der Mehrzahl an- wherein in at least one planning powder material layer the majority of
Pulvermaterialschichten mindestens ein Bauteilquerschnitt mindestens eines herzustellenden Bauteils ermittelt oder bereitgestellt wird, wobei Powder material layers at least one component cross-section of at least one component to be manufactured is determined or provided, wherein
- in dem mindestens einen Bauteil quer schnitt Bestrahlungsvektoren derart geplant werden, dass eine zweite Anzahl an die Bestrahlungsvektoren umfassenden- in which at least one component cross-section radiation vectors are planned in such a way that a second number encompassing the radiation vectors
Bestrahlungsbereichen gebildet wird, wobei die zweite Anzahl gleich der ersten Anzahl ist. Irradiation areas are formed, where the second number is equal to the first number.
Die zweite Anzahl an Bestrahlungsbereichen wird dabei insbesondere in dem mindestens einen Bauteilquerschnitt gebildet. Dadurch, dass bei der Planung, das heißt bereits bei der Generierung der Bestrahlungsvektoren die erste Anzahl der Energie strahl en bereits berücksichtigt wird, können die Bestrahlungsvektoren in Kenntnis der Anzahl der Energie strahl en optimal geplant werden. Insbesondere kann die nachträgliche Aufteilung von Bestrahlungsvektoren und damit auch die Bildung extrem kurzer Bestrahlungsvektoren vermieden werden, sodass die resultierende Bauteilqualität hoch ist. Indem die zweite Anzahl der Bestrahlungsbereiche gleich der ersten Anzahl gewählt wird, werden die Energie strahl en möglichst gut, vorzugsweise gleichmäßig, ausgelastet, sodass die Produktivität hoch ist. Dies ist ganz besonders der Fall, weil die Bestrahlungsbereiche nicht unabhängig von der Bauteilgeometrie fest auf dem Arbeitsbereich definiert werden, sondern vielmehr in dem mindestens einen Bauteil quer schnitt gebildet werden. The second set of irradiation zones is formed, in particular, within the at least one component cross-section. Because the first set of energy beams is already considered during the planning phase—that is, when generating the irradiation vectors—the irradiation vectors can be optimally planned based on the known number of energy beams. In particular, the subsequent division of irradiation vectors, and thus the creation of extremely short irradiation vectors, can be avoided, resulting in high component quality. By choosing the same number of irradiation zones for the second set as for the first, the energy beams are utilized as efficiently as possible, preferably uniformly, thus ensuring high productivity. This is especially true because the irradiation zones are not fixed across the work area, independent of the component geometry, but rather are formed within the at least one component cross-section.
Die erste Anzahl an Energiestrahlen entspricht insbesondere einer Gesamtzahl der zur Verfügung stehenden Energiestrahlen, das heißt der Gesamtzahl der Energie strahl en der Fertigungsvorrichtung, für welche das Planungsverfahren durchgeführt wird. Ist somit die zweite Anzahl der Bestrahlungsbereiche gleich der ersten Anzahl der Energiestrahlen, werden so viele Bestrahlungsbereiche geplant, wie Energiestrahlen zur Verfügung stehen. The first number of energy rays corresponds in particular to a total number of available energy rays, that is, the total number of energy rays of the Manufacturing device for which the planning procedure is carried out. If the second number of irradiation zones equals the first number of energy beams, then as many irradiation zones are planned as there are energy beams available.
Dabei ist es möglich, aber nicht zwingend vorgesehen, dass die Bestrahlungsvektoren und Bestrahlungsbereiche bereits bei ihrer Generierung jeweils einem bestimmten Energiestrahl zugeordnet werden; dies kann vielmehr auch in einem nachgelagerten Schritt erfolgen. Wichtig ist, dass die erste Anzahl gleich der zweiten Anzahl ist. It is possible, but not mandatory, for the irradiation vectors and irradiation areas to be assigned to a specific energy beam during their generation; this can also be done in a subsequent step. It is important that the first number equals the second number.
Insbesondere ist die zweite Anzahl genau gleich - das heißt identisch zu - der ersten Anzahl. In particular, the second number is exactly the same – that is, identical – to the first number.
Unter einem Bauteil quer schnitt wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine zu bestrahlende Querschnittsfläche eines zu fertigenden Bauteils in der Planungs-Pulvermaterialschicht verstanden. Die zu bestrahlende Querschnittsfläche und damit der Bauteil quer schnitt schließt bevorzugt Bereiche von nachträglich wieder zu entfernenden Supportstrukturen oder dergleichen ein. Es wird somit eine dem zu fertigenden Bauteil insgesamt zugeordnete, zu bestrahlende Fläche betrachtet, unabhängig davon, ob eine konkret zu der Fläche gehörende Struktur dem eigentlichen Bauteil selbst zugeordnet ist oder eine Hilfsstruktur darstellt. In the context of this technical teaching, a component cross-section is understood to be, in particular, a cross-sectional area of a component to be manufactured, located within the planning powder layer, that is to be irradiated. The cross-sectional area to be irradiated, and thus the component cross-section, preferably includes areas of support structures or the like that are to be removed later. Therefore, the area to be irradiated is considered to be the entire component to be manufactured, regardless of whether a specific structure belonging to this area is part of the component itself or represents an auxiliary structure.
Es ist möglich, dass mehr als ein Bauteil quer schnitt berücksichtigt wird, wobei - wie im Folgenden näher ausgeführt - insbesondere abhängig von der relativen Anordnung einer Mehrzahl an Bauteilquerschnitten zueinander die zweite Anzahl für einen Bauteil quer schnitt allein oder für mehrere Bauteilquerschnitte gemeinsam gezählt wird. It is possible that more than one component cross-section is taken into account, whereby - as explained in more detail below - depending in particular on the relative arrangement of a plurality of component cross-sections to each other, the second number is counted for a component cross-section alone or for several component cross-sections together.
Der mindestens eine Bauteil quer schnitt kann ermittelt werden, was insbesondere bedeutet, dass die Ermittlung des Bauteilquerschnitts Teil des Planungsverfahrens ist. Der mindestens eine Bauteil quer schnitt wird insbesondere ermittelt, indem eine beispielsweise in Form von CAD- Daten gegebene Geometrie des zu fertigenden Bauteils in eine Mehrzahl an Bauteilschichten zerlegt wird, wobei jeder Bauteilschicht eine Pulvermaterialschicht zugeordnet ist. Bei der additiven Fertigung eines Bauteils aus einem Pulvermaterial wird nämlich Schicht für Schicht ein Abschnitt des herzustellenden Bauteils durch lokales Schmelzen des Pulvermaterials in jeder Pulvermaterialschicht einer Vielzahl an Pulvermaterialschichten verfestigt. Dazu wird das herzustellende dreidimensionale Objekt virtuell in die Mehrzahl an Bauteilschichten zerlegt, wobei jeder Bauteilschicht eine Pulvermaterialschicht der Mehrzahl an Pulvermaterialschichten zugeordnet ist. The cross-section of at least one component can be determined, which means, in particular, that determining the component cross-section is part of the planning process. The cross-section of at least one component is determined, in particular, by decomposing a geometry of the component to be manufactured, given, for example, in the form of CAD data, into a plurality of component layers, with each component layer being assigned a layer of powder material. In the additive manufacturing of a component from a powder material, a section of the component to be manufactured is solidified layer by layer by locally melting the powder material in each of a plurality of powder material layers. For this purpose, the three-dimensional object to be manufactured is virtually decomposed into the plurality of component layers. where each component layer is assigned a powder material layer of the plurality of powder material layers.
Der mindestens eine Bauteil quer schnitt kann aber auch bereitgestellt werden; in diesem Fall ist die Ermittlung des Bauteilquerschnitts selbst nicht Teil des Planungsverfahrens, sondern der Bauteil quer schnitt wird in einem dem hier beschriebenen Planungsverfahren vorgelagerten Verfahrensschritt erzeugt und für das Planungsverfahren lediglich erhalten oder empfangen. The cross-section of at least one component can also be provided; in this case, the determination of the component cross-section itself is not part of the planning process, but the component cross-section is generated in a process step preceding the planning process described here and is merely obtained or received for the planning process.
Dass in dem mindestens einen Bauteilquerschnitt Bestrahlungsvektoren geplant werden, bedeutet im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere, dass zuvor nicht vorhandene Bestrahlungsvektoren geplant werden, das heißt dass die Bestrahlungsvektoren neu geplant, das heißt neu generiert werden. Dies wiederum bedeutet insbesondere, dass im Rahmen des Planungsverfahrens nicht etwa zuvor generierte Bestrahlungsvektoren manipuliert, sondern vielmehr neue Bestrahlungsvektoren - gleichsam ex ovo, de novo oder ab initio - generiert werden. In the context of this technical teaching, the fact that irradiation vectors are planned in at least one component cross-section means, in particular, that previously non-existent irradiation vectors are planned; that is, the irradiation vectors are newly planned, i.e., newly generated. This, in turn, means, in particular, that the planning process does not involve manipulating previously generated irradiation vectors, but rather generating new irradiation vectors—as it were, ex ovo, de novo, or ab initio.
Beim Planen der Bestrahlungsvektoren wird insbesondere mindestens ein Vektorparameter festgelegt, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Bestrahlungsvektorlänge, einer Bestrahlungsvektorbreite, einem auch als Spurabstand bezeichneten Abstand zwischen zwei einander senkrecht zu ihrer Erstreckung unmittelbar benachbarten Bestrahlungsvektoren, und einer Kombination aus mindestens zwei der genannten Vektorparameter. When planning the irradiation vectors, at least one vector parameter is specified, which is selected from a group consisting of an irradiation vector length, an irradiation vector width, a distance between two irradiation vectors immediately adjacent to each other perpendicular to their extension (also called track spacing), and a combination of at least two of the aforementioned vector parameters.
Bevorzugt wird - insbesondere als Ergebnis oder Produkt des Planungsverfahrens - ein Bestrahlungsplan für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs mit den Energiestrahlen in der mindestens einen Planungs-Pulvermaterialschicht erhalten. Preferably, a radiation plan for the locally selective irradiation of the work area with the energy beams is obtained in the at least one planning powder material layer, particularly as a result or product of the planning process.
Unter einem additiven oder generativen Fertigen oder Herstellen eines Bauteils wird insbesondere ein schichtweises Aufbauen eines Bauteils aus Pulvermaterial verstanden, insbesondere ein pulverbett-basiertes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in einem Pulverbett, insbesondere ein Fertigungsverfahren, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintem, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), einem selektiven Elektronenstrahlschmelzen ((Selective) Electron Beam Melting - (S)EBM), und einem Laser Engineered Net Shaping (LENS). Die Fertigungsvorrichtung ist demnach insbesondere eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der zuvor genannten additiven oder generativen Fertigungsverfahren. Additive or generative manufacturing of a component is understood to mean, in particular, the layer-by-layer construction of a component from powder material, especially a powder bed-based process for manufacturing a component in a powder bed, and in particular a manufacturing process selected from a group consisting of selective laser sintering, laser metal fusion (LMF), direct metal laser melting (DMLM), laser net shaping manufacturing (LNSM), selective electron beam melting (SEBM), and laser engineered net shaping. (LENS). The manufacturing device is therefore specifically designed to carry out at least one of the aforementioned additive or generative manufacturing processes.
Die Energiestrahlen sind insbesondere jeweils ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem elektromagnetischen Strahl, insbesondere einem optischen Arbeitsstrahl, insbesondere einem Laserstrahl, und einem Teilchenstrahl, insbesondere einem Elektronenstrahl. Mindestens einer der Energiestrahlen kann kontinuierlich oder gepulst sein, insbesondere kontinuierliche Laserstrahlung oder gepulste Laserstrahlung. In einer Ausführungsform sind alle Energiestrahlen gleich ausgebildet, insbesondere alle als Laserstrahlen. The energy beams are each selected from a group consisting of an electromagnetic beam, in particular an optical working beam, in particular a laser beam, and a particle beam, in particular an electron beam. At least one of the energy beams can be continuous or pulsed, in particular continuous laser radiation or pulsed laser radiation. In one embodiment, all energy beams are identical, in particular all being laser beams.
Unter einem Bestrahlungsvektor wird insbesondere eine kontinuierliche, vorzugsweise lineare Verlagerung des Energiestrahls über eine bestimmte Strecke mit bestimmter Verlagerungsrichtung verstanden. Der Bestrahlungsvektor schließt insbesondere die Richtung oder Orientierung der Verlagerung, das heißt die Vektorausrichtung, ein. Der Bestrahlungsvektor muss nicht als Geradenab schnitt ausgebildet sein, vielmehr kann ein Bestrahlungsvektor auch einer zumindest bereichsweise gekrümmten Linie oder Kurve folgen. Insbesondere wird unter einem Bestrahlungsvektor eine entsprechende Anweisung zur Ansteuerung einer zur Verlagerung des Energiestrahls vorgesehenen Scannervorrichtung verstanden. An irradiation vector is understood to be, in particular, a continuous, preferably linear, displacement of the energy beam over a specific distance with a specific displacement direction. The irradiation vector includes, in particular, the direction or orientation of the displacement, that is, the vector alignment. The irradiation vector need not be a straight line segment; rather, an irradiation vector can also follow a line or curve that is at least partially curved. In particular, an irradiation vector is understood to be a corresponding instruction for controlling a scanner device designed to displace the energy beam.
Unter einer Abarbeitung eines Bestrahlungsvektors wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass eine Ansteuerung der Scannervorrichtung und/oder eine tatsächliche Verlagerung des Energiestrahls in dem Arbeitsbereich in Übereinstimmung mit der durch den Bestrahlungsvektor gegebenen Definition durchgeführt wird. In the context of the present technical teaching, the processing of an irradiation vector is understood in particular to mean that the scanner device is controlled and/or the energy beam is actually moved within the working area in accordance with the definition given by the irradiation vector.
Unter einem Bestrahlungsbereich wird insbesondere ein zusammenhängendes Gebiet verstanden, das eine Untermenge der Bestrahlungsvektoren umfasst, wobei der Bestrahlungsbereich insgesamt, das heißt alle in dem Bestrahlungsbereich angeordneten Bestrahlungsvektoren, einem der Energiestrahlen zugeordnet sind oder zugeordnet werden. Wie oben bereits ausgeführt, muss diese Zuordnung noch nicht bei der Generierung der Bestrahlungsvektoren und Bestrahlungsbereiche getroffen werden, sondern kann vielmehr auch nachträglich erfolgen. Wichtig ist nur, dass die einem gemeinsamen Bestrahlungsbereich zugeordneten Bestrahlungsvektoren einem gemeinsamen Energiestrahl zugeordnet oder dafür vorgesehen sind, einem gemeinsamen Energiestrahl zugeordnet zu werden. Insbesondere wird der Bestrahlungsplan als ein Datensatz für eine Ansteuerung einer Fertigungsvorrichtung, insbesondere einer im Folgenden noch beschriebenen erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung oder einer Fertigungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen, zum additiven Fertigen eines Bauteils aus dem Pulvermaterial erhalten. Unabhängig davon, ob das Verfahren auf einer separat zu einer Fertigungsvorrichtung angeordneten Planungsvorrichtung oder auf der Fertigungsvorrichtung selbst durchgeführt wird, wird der Bestrahlungsplan auf diese Weise in einfach handhabbarer, insbesondere maschinenlesbarer Form erhalten. Insbesondere ist es bevorzugt auch möglich, den als Datensatz erhaltenen Bestrahlungsplan zu exportieren und unabhängig von einer bestimmten Vorrichtung, beispielsweise verkörpert auf einem Datenträger oder virtuell über ein Netzwerk, zu transportieren, insbesondere zu übertragen. An irradiation area is understood to be, in particular, a contiguous region that comprises a subset of the irradiation vectors, whereby the irradiation area as a whole, that is, all irradiation vectors arranged within the irradiation area, are assigned or will be assigned to one of the energy beams. As already explained above, this assignment does not have to be made during the generation of the irradiation vectors and irradiation areas, but can also be made subsequently. The only important thing is that the irradiation vectors assigned to a common irradiation area are assigned to a common energy beam or are intended to be assigned to a common energy beam. In particular, the irradiation plan is obtained as a data set for controlling a manufacturing device, especially a manufacturing device according to the invention as described below, or a manufacturing device according to one or more of the embodiments described below, for the additive manufacturing of a component from the powder material. Regardless of whether the method is carried out on a planning device arranged separately from a manufacturing device or on the manufacturing device itself, the irradiation plan is thus obtained in an easily manageable, and in particular machine-readable, form. It is also preferably possible to export the irradiation plan obtained as a data set and to transport it, and in particular to transmit it, independently of a specific device, for example, embodied on a data carrier or virtually via a network.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die einzelnen Energiestrahlen den Bestrahlungsbereichen bei der Planung der Bestrahlungsvektoren zugeordnet werden. In diesem Fall erfolgt die Zuordnung direkt bei der Generierung der Bestrahlungsvektoren. Dies ist eine sehr ökonomische Vorgehensweise, bei der es insbesondere keines nachträglichen Eingriffs eines Benutzers mehr bedarf. According to a further development of the invention, the individual energy beams are assigned to the irradiation areas during the planning of the irradiation vectors. In this case, the assignment takes place directly during the generation of the irradiation vectors. This is a very economical approach, which in particular eliminates the need for any subsequent intervention by the user.
Alternativ ist vorgesehen, dass die einzelnen Energiestrahlen den Bestrahlungsbereichen nach der Planung der Bestrahlungsvektoren zugeordnet werden. Dies stellt vorteilhaft eine besonders flexible Vorgehensweise dar, bei der die Zuordnung insbesondere auch abhängig von konkreten Fertigungsbedingungen nachträglich gewählt oder verändert werden kann. Die Zuordnung der Bestrahlungsvektoren kann dabei insbesondere durch einen Benutzer, insbesondere einen Endbenutzer, erfolgen. Weiterhin kann die Zuordnung manuell oder automatisch erfolgen. Alternatively, the individual energy beams can be assigned to the irradiation areas after the irradiation vectors have been planned. This advantageously represents a particularly flexible approach, where the assignment can be selected or changed subsequently, especially depending on specific manufacturing conditions. The assignment of the irradiation vectors can be carried out by a user, particularly an end user. Furthermore, the assignment can be performed manually or automatically.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bestrahlungsvektoren derart geplant werden, dass eine Gesamt-Vektorlänge der den Bestrahlungsbereichen jeweils zugeordneten Bestrahlungsvektoren für alle Bestrahlungsbereiche gleich ist. Insbesondere auf diese Weise kann im Ergebnis vorteilhaft eine homogene Auslastung der verschiedenen Energie strahl en erreicht werden. Unter einer Gesamt-Vektorlänge ist dabei insbesondere eine Summe der einzelnen Vektorlängen aller Bestrahlungsvektoren eines Bestrahlungsbereichs zu verstehen. Sind die Gesamt-Vektorlängen in den jeweiligen Bestrahlungsbereichen zumindest im Wesentlichen gleich, ist auch die Arbeitszeit und damit die Auslastung der jeweils zugeordneten Energiestrahlen im Wesentlichen gleich. Dass die Bestrahlungsvektoren auf eine bestimmte Weise geplant werden, bedeutet hier und im Folgenden insbesondere, dass die Bestrahlungsvektoren mit dem dieser bestimmten Weise entsprechenden Planungsziel geplant werden. Dies bedeutet nicht, dass das Planungsziel durch die Planung auch stets - insbesondere in vollem Umfang - erreicht werden muss. Bevorzugt wird das Planungsziel jedoch erreicht. According to a further development of the invention, the irradiation vectors are planned such that the total vector length of the irradiation vectors assigned to each irradiation area is the same for all irradiation areas. In particular, this advantageously results in a homogeneous utilization of the various energy beams. The total vector length is understood to be, in particular, the sum of the individual vector lengths of all irradiation vectors within an irradiation area. If the total vector lengths in the respective irradiation areas are at least substantially the same, the working time and thus the utilization of the respective assigned energy beams are also substantially the same. The fact that the radiation vectors are planned in a specific way means, here and in the following, in particular, that the radiation vectors are planned with the planning objective corresponding to this specific way. This does not mean that the planning objective must always be achieved by the planning – especially not completely. However, the planning objective is preferably achieved.
Dass eine bestimmte Größe für alle Bestrahlungsbereiche oder für alle Energie strahl en gleich ist, bedeutet hier und im Folgenden insbesondere, dass die entsprechend bezeichnete Größe für alle Bestrahlungsbereiche oder Energie strahl en zumindest im Wesentlichen gleich ist. Bevorzugt ist die Größe für alle Bestrahlungsbereiche oder Energiestrahlen exakt gleich. The fact that a certain quantity is the same for all irradiation ranges or for all energy beams means, here and in the following, in particular, that the correspondingly designated quantity is at least substantially the same for all irradiation ranges or energy beams. Preferably, the quantity is exactly the same for all irradiation ranges or energy beams.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Planungsziel der zumindest im Wesentlichen gleichen Gesamt-Vektrolänge werden die Bestrahlungsvektoren derart geplant, dass eine Anzahl der den Bestrahlungsbereichen jeweils zugeordneten Bestrahlungsvektoren für alle Bestrahlungsbereiche gleich ist. Auch auf diese Weise wird vorteilhaft im Ergebnis eine möglichst homogene Auslastung der verschiedenen Energiestrahlen erreicht. Alternatively or additionally to the planning objective of achieving at least substantially the same total vector length, the irradiation vectors are planned such that the number of irradiation vectors assigned to each irradiation area is the same for all irradiation areas. This approach also advantageously results in the most homogeneous possible utilization of the different energy beams.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energie strahl en den Bestrahlungsbereichen bei der Planung der Bestrahlungsvektoren zugeordnet werden, wobei die Bestrahlungsvektoren derart geplant werden, dass eine Gesamt-Arbeitszeit der einzelnen Energie strahl en in der Planungs-Pulvermaterialschicht für alle Energie strahl en gleich ist. Insbesondere auf diese Weise wird direkt eine homogene Auslastung der verschiedenen Energiestrahlen erreicht. According to a further development of the invention, the energy beams are assigned to the irradiation areas during the planning of the irradiation vectors, whereby the irradiation vectors are planned in such a way that the total working time of the individual energy beams in the planning powder material layer is the same for all energy beams. In particular, a homogeneous utilization of the different energy beams is achieved directly in this way.
Alternativ oder zusätzlich werden die Bestrahlungsvektoren derart geplant, dass eine jeweilige Leistung der Energie strahl en bei der Planung der Bestrahlungsvektoren berücksichtigt wird. In diesem Fall kann, wenn die Leistungen der verschiedenen Energiestrahlen voneinander abweichen, vorteilhaft von einer Gleichverteilung der Bestrahlungsvektoren, insbesondere deren Gesamt-Vektorlänge oder Anzahl abgewichen werden, insbesondere um die tatsächliche Auslastung der verschiedenen Energie strahl en zu homogenisieren. Insbesondere wird bevorzugt eine abhängig von der Leistung der Energiestrahlen gewichtete Aufteilung vorgenommen. Dabei wird bevorzugt Energiestrahlen mit höherer Leistung eine größere Gesamt-Vektorlänge oder größere Anzahl an Bestrahlungsvektoren zugeordnet, während Energie strahl en mit geringerer Leistung eine kleinere Gesamt-Vektorlänge oder kleinere Anzahl an Bestrahlungsvektoren zugeordnet wird. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass ein Energiestrahl mit höherer Leistung einen gegebenen Bestrahlungsvektor schneller abarbeiten kann als einen Energiestrahl mit geringerer Leistung. Durch eine entsprechend abhängig von der Leistung gewichtete Aufteilung kann somit die Gesamt-Arbeitszeit und damit Auslastung zumindest im Wesentlichen homogen auf die verschiedenen Energiestrahlen aufgeteilt werden. Alternatively or additionally, the irradiation vectors are planned such that the respective power of the energy beams is taken into account during the planning of the irradiation vectors. In this case, if the powers of the different energy beams differ from one another, it is advantageous to deviate from an equal distribution of the irradiation vectors, in particular their total vector length or number, especially to homogenize the actual utilization of the different energy beams. In particular, a distribution weighted according to the power of the energy beams is preferably carried out. Energy beams with higher power are preferably assigned a greater total vector length or a larger number of irradiation vectors, while energy beams with lower power are assigned a smaller total vector length or a smaller number of irradiation vectors. This is based on the consideration that an energy beam with higher power is more likely to be used for a longer total vector length or a smaller number of irradiation vectors. A given energy vector can be processed faster than a lower-powered energy beam by using a power-weighted distribution. Therefore, the total working time, and thus the utilization, can be distributed at least essentially homogeneously across the different energy beams.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Bestrahlungsparameter für die Bestrahlungsvektoren - zeitlich - nach deren Planung bestimmt werden. Vorteilhaft kann dabei die erste Anzahl der Energie strahl en bei der Bestimmung der Bestrahlungsparameter berücksichtigt werden. Insbesondere ist ein Wärmeeintrag in das Bauteil stark abhängig von der Anzahl zeitlich parallel arbeitender Energiestrahlen, sodass die Bestrahlungsparameter sinnvollerweise hierauf abgestimmt werden, um insbesondere eine Überhitzung oder Auskühlung bestimmter Zonen der entstehenden Bauteile zu verhindern. According to a further development of the invention, it is provided that the irradiation parameters for the irradiation vectors are determined temporally after their planning. Advantageously, the initial number of energy beams can be taken into account when determining the irradiation parameters. In particular, the heat input into the component is highly dependent on the number of energy beams operating in parallel over time, so the irradiation parameters are sensibly adjusted accordingly in order to prevent, in particular, overheating or cooling of certain zones of the resulting components.
Mindestens ein Bestrahlungsparameter der Bestrahlungsparameter ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Linienenergie, einer Verlagerungsgeschwindigkeit eines Energiestrahls entlang eines Bestrahlungsvektors, einer Strahlform des Energiestrahls auf der Planungs-Pulvermaterialschicht, einer Strahlgröße, insbesondere Strahldurchmesser, des Energiestrahls auf der Planungs-Pulvermaterialschicht, und einer Kombination aus mindestens zwei der genannten Bestrahlungsparameter. At least one irradiation parameter is preferably selected from a group consisting of a line energy, a displacement velocity of an energy beam along an irradiation vector, a beam shape of the energy beam on the planning powder material layer, a beam size, in particular beam diameter, of the energy beam on the planning powder material layer, and a combination of at least two of the aforementioned irradiation parameters.
In einer Ausführungsform werden die Bestrahlungsparameter außerdem - zeitlich - nach der Zuordnung der Energie strahl en zu den Bestrahlungsbereichen bestimmt. Vorteilhaft kann auf diese Weise die Zuordnung der Bestrahlungsbereiche zu den Energie strahl en bei der Bestimmung der Bestrahlungsparameter berücksichtigt werden. Insbesondere ist der Wärmeeintrag in das Bauteil auch stark abhängig von der konkreten Anordnung der zeitlich parallel arbeitenden Energiestrahlen, sodass die Bestrahlungsparameter sinnvollerweise hierauf abgestimmt werden, um insbesondere eine Überhitzung oder Auskühlung bestimmter Zonen der entstehenden Bauteile zu verhindern. In one embodiment, the irradiation parameters are also determined temporally after the energy beams have been assigned to the irradiation areas. Advantageously, this allows the assignment of the irradiation areas to the energy beams to be taken into account when determining the irradiation parameters. In particular, the heat input into the component is also highly dependent on the specific arrangement of the energy beams operating in parallel over time, so the irradiation parameters are sensibly adjusted accordingly in order to prevent, in particular, overheating or cooling of certain zones of the resulting components.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bestrahlungsvektoren in Abhängigkeit von einer Vorzugsrichtung für die Abarbeitung der Bestrahlungsvektoren in der Planungs-Pulvermaterialschicht so geplant werden, dass, wenn mindestens zwei Bauteilquerschnitte quer - insbesondere senkrecht - zu der Vorzugsrichtung nebeneinander angeordnet sind, die zweite Anzahl auf die mindestens zwei nebeneinander angeordneten Bauteilquerschnitte aufgeteilt wird. Somit können vorteilhaft alle Energiestrahlen zugleich - insbesondere auf einer etwa gleichen, gemeinsamen Höhe entlang der Vorzugsrichtung - in Richtung der Vorzugsrichtung arbeiten. According to a further development of the invention, the irradiation vectors are planned in the planning powder material layer depending on a preferred direction for processing the irradiation vectors such that, if at least two component cross-sections are arranged next to each other transversely – in particular perpendicularly – to the preferred direction, the second number of energy beams is distributed between the at least two adjacent component cross-sections. Thus, all energy beams can advantageously be processed simultaneously. especially at approximately the same, common height along the preferred direction - work in the direction of the preferred direction.
Die Vorzugsrichtung ist insbesondere in Bezug auf eine Strömungsrichtung einer Schutzgasströmung über den Arbeitsbereich und damit die Planungs-Pulvermaterialschicht vorgegeben; vorzugsweise erstreckt sich die Vorzugsrichtung entgegen der Strömungsrichtung. Arbeiten alle Energiestrahlen zugleich - insbesondere auf der gleichen, gemeinsamen Höhe - entlang der Vorzugsrichtung, kann vorteilhaft vermieden werden, dass durch die Schutzgasströmung abgeführter Schmauch und Rauch den fortschreitenden Fertigungsprozess negativ beeinträchtigt. The preferred direction is defined, in particular, with respect to the flow direction of a protective gas stream across the working area and thus the planning powder material layer; preferably, the preferred direction extends against the flow direction. If all energy jets operate simultaneously – especially at the same, common height – along the preferred direction, it can advantageously be avoided that soot and smoke carried away by the protective gas stream negatively affect the ongoing manufacturing process.
Alternativ oder zusätzlich werden die Bestrahlungsvektoren in Abhängigkeit von der Vorzugsrichtung in der Planungs-Pulvermaterialschicht für Ihre Abarbeitung so geplant, dass, wenn mindestens ein erster Bauteil quer schnitt entlang der Vorzugsrichtung vor mindestens einem zweiten Bauteil quer schnitt angeordnet ist, die zweite Anzahl an Bestrahlungsbereichen einmal für den mindestens einen ersten Bauteilquerschnitt und einmal für den mindestens einen zweiten Bauteil quer schnitt erhalten wird. Auch auf diese Weise können die Energiestrahlen insgesamt zugleich - insbesondere stets auf einer gleichen, gemeinsamen Höhe - entlang der Vorzugsrichtung arbeiten. Alternatively or additionally, the irradiation vectors are planned in the planning powder layer for processing, depending on the preferred direction, such that if at least one first component is arranged in cross-section along the preferred direction in front of at least one second component, the second number of irradiation areas is obtained once for the at least one first component cross-section and once for the at least one second component cross-section. In this way, the energy beams can also operate simultaneously – and in particular, always at the same, common height – along the preferred direction.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren für eine Mehrzahl an Planungs-Pulvermaterialschichten durchgeführt wird. In einer Ausführungsform wird das Verfahren für alle Pulvermaterialschichten der Mehrzahl an Pulvermaterialschichten als Planungs-Pulvermaterialschichten durchgeführt. Bevorzugt wird das Verfahren somit für eine Mehrzahl an Planungs-Pulvermaterialschichten der zur Herstellung des Bauteils erforderlichen, sukzessive in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten durchgeführt, besonders bevorzugt für alle Pulvermaterialschichten. Dies bedeutet insbesondere, dass bevorzugt jede Pulvermaterialschicht im Rahmen des Verfahrens als Planungs-Pulvermaterialschicht behandelt wird. Dies kann - je nach konkreter Umsetzung des Planungsverfahrens auf einer Rechenvorrichtung - sukzessive nacheinander, oder zumindest teilweise gleichzeitig erfolgen. Eine Optimierung der Bestrahlung kann auch eine zyklische oder iterative Behandlung der Pulvermaterialschichten als Planungs-Pulvermaterialschichten in dem Verfahren vorsehen. According to a further development of the invention, the method is carried out for a plurality of planning powder material layers. In one embodiment, the method is carried out for all powder material layers of the plurality of powder material layers as planning powder material layers. Preferably, the method is thus carried out for a plurality of planning powder material layers of the powder material layers required for the production of the component, which are successively arranged in the working area, and particularly preferably for all powder material layers. This means, in particular, that preferably each powder material layer is treated as a planning powder material layer within the framework of the method. Depending on the specific implementation of the planning method on a computing device, this can be done successively one after the other, or at least partially simultaneously. An optimization of the irradiation can also provide for a cyclical or iterative treatment of the powder material layers as planning powder material layers in the method.
Die Aufgabe wird in einem zweiten Aspekt insbesondere auch gelöst, indem ein - im Folgenden als Fertigungsverfahren bezeichnetes - Verfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines mithilfe eines erfindungsgemäßen Planungsverfahrens oder eines Planungsverfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl - der ersten Anzahl - an Energiestrahlen, um das Bauteil mittels der Energiestrahlen schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials herzustellen, und Fertigen des Bauteils gemäß dem Bestrahlungsplan. In Zusammenhang mit dem Fertigungsverfahren ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren erläutert wurden. The task is also solved in a second aspect, in particular by using a process for the additive manufacturing of a component – referred to below as a manufacturing process. The process involves creating a component from a powder material in the following steps: providing an irradiation plan, obtained using a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the embodiments described above, for the locally selective irradiation of a working area with a plurality – the first number – of energy beams, in order to produce the component layer by layer from a plurality of powder material layers arranged successively in the working area using the energy beams, and manufacturing the component according to the irradiation plan. In connection with the manufacturing process, the advantages that have already been explained in connection with the planning method are particularly evident.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsplan bereitgestellt wird, indem ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird. Somit umfasst das Fertigungsverfahren zugleich auch - insbesondere in Form von der eigentlichen Fertigung vorgelagerten Schritten - das Planungsverfahren. In one embodiment, the irradiation plan is provided by carrying out a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the embodiments described above. Thus, the manufacturing process also includes the planning method – particularly in the form of steps preceding the actual manufacturing.
Als die Energiestrahlen werden vorzugsweise Laserstrahlen oder Elektronenstrahlen verwendet. Preferably, laser beams or electron beams are used as the energy beams.
Vorzugsweise wird das Bauteil mittels selektiven Lasersinterns und/oder selektiven Laserschmelzens gefertigt. Preferably, the component is manufactured using selective laser sintering and/or selective laser melting.
Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden. Preferably, a metallic or ceramic powder can be used as the powder material.
Die Aufgabe wird in einem dritten Aspekt insbesondere auch gelöst, indem ein Computerprogramm geschaffen wird, umfassend - maschinenlesbare - Befehle, die eine Rechenvorrichtung, insbesondere eine Planungsvorrichtung oder eine Steuervorrichtung einer Fertigungsvorrichtung, auf der das Computerprogramm läuft, veranlassen, ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, oder ein erfindungsgemäßes Fertigungsverfahren oder ein Fertigungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. In Zusammenhang mit dem Computerprogramm ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren oder dem Fertigungsverfahren erläutert wurden. Zur Erfindung gehört auch ein maschinenlesbares Speichermedium, umfassend ein erfindungsgemäßes Computerprogramm oder ein Computerprogramm nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit dem Speichermedium ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Fertigungsverfahren oder dem Computerprogramm erläutert wurden. The problem is also solved in a third aspect, in particular, by creating a computer program comprising machine-readable instructions that cause a computing device, especially a planning device or a control device of a manufacturing device on which the computer program runs, to carry out a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the previously described embodiments, or a manufacturing method according to the invention or a manufacturing method according to one or more of the previously described embodiments. In connection with the computer program, the advantages that arise are those already explained in connection with the planning method or the manufacturing method. The invention also includes a machine-readable storage medium comprising a computer program according to the invention or a computer program according to one or more of the embodiments described above. In connection with the storage medium, the advantages are particularly those already explained in connection with the planning method, the manufacturing method, or the computer program.
Die Aufgabe wird in einem vierten Aspekt insbesondere auch gelöst, indem eine Planungsvorrichtung zur Planung einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl - der ersten Anzahl - an Energiestrahlen, um mittels der Energiestrahlen ein Bauteil aus einem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen, geschaffen wird, wobei die Planungsvorrichtung eingerichtet ist, um ein erfindungsgemäßes Planungsverfahren oder ein Planungsverfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. In Zusammenhang mit der Planungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Fertigungsverfahren, dem Computerprogramm oder dem Speichermedium erläutert wurden. In a fourth aspect, the problem is also solved, in particular, by creating a planning device for planning a locally selective irradiation of a work area with a plurality – the first number – of energy beams in order to produce a component from a powder material arranged in the work area using the energy beams, wherein the planning device is configured to carry out a planning method according to the invention or a planning method according to one or more of the embodiments described above. In connection with the planning device, the advantages are particularly those that have already been explained in connection with the planning method, the manufacturing method, the computer program, or the storage medium.
In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung ausgebildet als eine Vorrichtung, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In einer Ausführungsform ist die Planungsvorrichtung eine RTC- Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung. In one embodiment, the planning device is configured as a device selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board. In another embodiment, the planning device is an RTC control card of SCANLAB GmbH, in particular in the configuration currently available on the date determining the priority date of the present patent right.
Insbesondere kann die Planungsvorrichtung extern oder separat zu einer Fertigungsvorrichtung vorgesehen sein, wobei durch die Planungsvorrichtung vorzugsweise ein Datensatz erstellt wird, der dann in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines Datenträgers oder über ein Netzwerk, insbesondere über das Internet, oder über eine andere geeignete drahtlose oder kabelgebundene Übermittlungsform, an eine Fertigungsvorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung einer Fertigungsvorrichtung, übermittelt wird. Beispielsweise ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung aus CAD-Daten CAM-Daten, das heißt insbesondere einen Befehlsablauf, insbesondere ein NC-Programm, zur Steuerung der Fertigungsvorrichtung generiert, wobei dieser Befehlsablauf dann an die Fertigungsvorrichtung zu deren Steuerung übermittelt wird. Auch ist es möglich, dass der Planungsvorrichtung CAD-Daten eines Bauteils übergeben werden, wobei die Planungsvorrichtung hieraus den Befehlsablauf für die Fertigungsvorrichtung generiert. Die Planungsvorrichtung kann aber auch in eine Fertigungsvorrichtung integriert sein. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung in die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung integriert sein, oder die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung kann als Planungsvorrichtung ausgebildet sein, insbesondere durch Vorsehen einer geeigneten Hardwarekomponente und/oder durch Implementieren eines geeigneten Computerprogrammprodukts, insbesondere einer Software. Beispielsweise ist es möglich, dass der Fertigungsvorrichtung dann CAD-Daten eines herzustellenden Bauteils übergeben werden, wobei die Fertigungsvorrichtung selbst, insbesondere die in die Steuervorrichtung implementierte Planungsvorrichtung, aus den CAD-Daten entsprechende CAM-Daten beziehungsweise einen Befehlsablauf zur Steuerung der Fertigungsvorrichtung generiert. Es ist aber auch möglich, dass die Planungsvorrichtung eine Mehrzahl an Rechenvorrichtungen umfasst, wobei sie insbesondere physisch verteilt ausgebildet ist. Bevorzugt umfasst die Planungsvorrichtung dann eine Mehrzahl miteinander vernetzter Rechenvorrichtungen. Insbesondere kann die Planungsvorrichtung als Datenwolke oder sogenannte Cloud ausgebildet sein, oder die Planungsvorrichtung ist Teil einer Datenwolke oder Cloud. Es ist in bevorzugter Ausgestaltung auch möglich, dass die Planungsvorrichtung einerseits mindestens eine zu der Fertigungsvorrichtung externe Rechenvorrichtung und andererseits die Fertigungsvorrichtung, insbesondere die Steuervorrichtung der Fertigungsvorrichtung, umfasst, wobei dann durch die Planungsvorrichtung durchgeführte Schritte teilweise auf der externen Rechenvorrichtung und teilweise auf der Fertigungsvorrichtung, insbesondere auf der Steuervorrichtung, durchgeführt werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Planungsvorrichtung nicht die vollständige Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, sondern nur Teile hiervon; insbesondere ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung nur denjenigen Teil der Planung der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs übernimmt, der sich auf die zuvor beschriebenen Schritte und/oder Festlegungen bezieht. Andere Teile der Planung der lokal selektiven Bestrahlung können dagegen in anderen Rechenvorrichtungen, insbesondere in zu der Fertigungsvorrichtung externen Rechenvorrichtung, oder auch in der Fertigungsvorrichtung selbst, insbesondere deren Steuervorrichtung, oder aber auch in einer Datenwolke oder Cloud, durchgeführt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Planungsvorrichtung von einer anderen Rechenvorrichtung erzeugte CAM-Daten oder einen Befehlsablauf, insbesondere ein NC-Programm, verändert, anpasst oder korrigiert. Die Aufgabe wird in einem sechsten Aspekt insbesondere auch gelöst, indem eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, mit In particular, the planning device can be provided externally or separately from a manufacturing device, wherein the planning device preferably creates a data set which is then transmitted in a suitable manner, for example by means of a data carrier or via a network, in particular via the Internet, or via another suitable wireless or wired transmission method, to a manufacturing device, in particular a control device of a manufacturing device. For example, it is possible that the planning device generates CAM data from CAD data, i.e., in particular a command sequence, in particular an NC program, for controlling the manufacturing device, wherein this command sequence is then transmitted to the manufacturing device for its control. It is also possible that CAD data of a component is transferred to the planning device, wherein the planning device derives the command sequence for the manufacturing device from this. The planning device can be generated. However, it can also be integrated into a manufacturing device. In particular, the planning device can be integrated into the control device of the manufacturing device, or the control device of the manufacturing device can be designed as a planning device, especially by providing a suitable hardware component and/or by implementing a suitable computer program product, in particular software. For example, it is possible that CAD data of a component to be manufactured is then transferred to the manufacturing device, whereby the manufacturing device itself, in particular the planning device implemented in the control device, generates corresponding CAM data or a command sequence for controlling the manufacturing device from the CAD data. However, it is also possible that the planning device comprises a plurality of computing devices, in particular being physically distributed. Preferably, the planning device then comprises a plurality of interconnected computing devices. In particular, the planning device can be designed as a data cloud or so-called cloud, or the planning device is part of a data cloud or cloud. In a preferred embodiment, it is also possible for the planning device to comprise, on the one hand, at least one computing device external to the manufacturing device and, on the other hand, the manufacturing device itself, in particular its control device. In this case, steps performed by the planning device are carried out partly on the external computing device and partly on the manufacturing device, in particular on its control device. It is also possible, in particular, for the planning device not to perform the complete planning of the locally selective irradiation of the work area, but only parts thereof. Specifically, it is possible for the planning device to perform only that part of the planning of the locally selective irradiation of the work area that relates to the steps and/or specifications described above. Other parts of the planning of the locally selective irradiation can, however, be performed in other computing devices, in particular in computing devices external to the manufacturing device, or even in the manufacturing device itself, in particular its control device, or even in a data cloud. In particular, it is possible that the planning device may modify, adapt or correct CAM data or a sequence of instructions, especially an NC program, generated by another computing device. In a sixth aspect, the task is also solved in particular by creating a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, with
- mindestens einer Strahlerzeugungsvorrichtung, die eingerichtet ist zum Erzeugen einer Mehrzahl - der ersten Anzahl - an Energiestrahlen, - at least one beam-generating device designed to generate a plurality - the first number - of energy beams,
- mindestens einer Scannervorrichtung, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich lokal selektiv mit den Energiestrahlen zu bestrahlen, um mittels der Energiestrahlen ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen, und mit einer Steuervorrichtung, die mit der mindestens einen Scannervorrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die mindestens eine Scannervorrichtung anzusteuern, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens oder eines Fertigungsverfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. - at least one scanner device configured to selectively irradiate a working area with energy beams in order to produce a component from the powder material arranged in the working area using the energy beams, and with a control device operatively connected to and configured with the at least one scanner device to control the at least one scanner device, wherein the control device is configured to carry out a manufacturing process according to the invention or a manufacturing process according to one or more of the embodiments described above.
In Zusammenhang mit der Fertigungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Planungsverfahren, dem Fertigungsverfahren, dem Computerprogramm, dem Speichermedium oder der Planungsvorrichtung erläutert wurden. In connection with the manufacturing device, the advantages are particularly those that have already been explained in connection with the planning process, the manufacturing process, the computer program, the storage medium or the planning device.
Bei einer Ausführungsform ist die Strahlerzeugungsvorrichtung eingerichtet, um die Mehrzahl an Energie strahl en zu erzeugen, und/oder die Fertigungsvorrichtung weist eine Mehrzahl an Strahlerzeugungsvorrichtungen zur Erzeugung der Mehrzahl an Energie strahl en auf. Es ist möglich, dass für die Mehrzahl an Energiestrahlen eine Mehrzahl an Scannervorrichtungen vorgesehen sind. Es ist aber auch möglich, dass die Scannervorrichtung eingerichtet ist, um die Mehrzahl an Energie strahl en - insbesondere unabhängig voneinander - auf dem Arbeitsbereich zu verlagern. Insbesondere kann die Scannervorrichtung hierfür eine Mehrzahl an separat ansteuerbaren Scannern, insbesondere Scannerspiegeln, aufweisen. In one embodiment, the beam generation device is configured to generate multiple energy beams, and/or the manufacturing device comprises multiple beam generation devices for generating multiple energy beams. It is possible that multiple scanner devices are provided for the multiple energy beams. However, it is also possible that the scanner device is configured to relocate the multiple energy beams—particularly independently of one another—within the work area. In particular, the scanner device can comprise multiple separately controllable scanners, especially scanner mirrors, for this purpose.
Die Scannervorrichtung weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder mindestens einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf. Die hier vorgeschlagenen Scannervorrichtungen sind in besonderer Weise geeignet, die Energiestrahlen innerhalb des Arbeitsbereichs zu verlagern. The scanner device preferably comprises at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, or MEMS scanner, and/or at least one work head or processing head that can be moved relative to the working area. The scanner devices proposed here are particularly suitable for moving the energy beams within the working area.
Unter einem relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf wird hier insbesondere ein integriertes Bauteil der Fertigungsvorrichtung verstanden, welches mindestens einen Strahlungsauslass für mindestens einen Energiestrahl aufweist, wobei das integrierte Bauteil, das heißt der Arbeitskopf, als Ganzes entlang zumindest einer Verlagerungsrichtung, vorzugsweise entlang zweier senkrecht aufeinander stehenden Verlagerungsrichtungen, relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbar ist. Ein solcher Arbeitskopf kann insbesondere in Portalbauweise ausgebildet sein oder von einem Roboter geführt werden. Insbesondere kann der Arbeitskopf als Roboterhand eines Roboters ausgebildet sein. A work head or machining head that can be moved relative to the working area is understood here in particular to be an integrated component of the manufacturing device which The integrated component, i.e., the working head, has at least one radiation outlet for at least one energy beam, wherein the integrated component as a whole is displaceable relative to the working area along at least one displacement direction, preferably along two mutually perpendicular displacement directions. Such a working head can, in particular, be designed in a portal configuration or be guided by a robot. In particular, the working head can be designed as the robot hand of a robot.
Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Computer, insbesondere Personal Computer (PC), einer Einschubkarte oder Ansteuerkarte, und einem FPGA-Board. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung eine RTC- Ansteuerkarte der SCANLAB GmbH, insbesondere in der an dem den Zeitrang des vorliegenden Schutzrechts bestimmenden Tag aktuell erhältlichen Ausgestaltung. The control device is preferably selected from a group consisting of a computer, in particular a personal computer (PC), a plug-in card or control card, and an FPGA board. In a preferred embodiment, the control device is an RTC control card from SCANLAB GmbH, in particular in the embodiment currently available on the date determining the priority date of this patent.
Die Steuervorrichtung kann selbst als die Planungsvorrichtung ausgebildet sein oder die Planungsvorrichtung aufweisen. The control device can itself be designed as the planning device or can include the planning device.
Bevorzugt weist die mindestens eine Strahlerzeugungsvorrichtung mindestens einen Laser auf. Mindestens ein Energiestrahl - bevorzugt alle Energiestrahlen - wird/werden somit vorteilhaft als intensiver Strahl kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt. Bestrahlung bedeutet insoweit bevorzugt Belichtung. Preferably, the at least one beam-generating device comprises at least one laser. At least one energy beam—preferably all energy beams—is/are thus advantageously generated as an intense beam of coherent electromagnetic radiation, in particular coherent light. Irradiation in this context preferably means exposure.
Die Fertigungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintern. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungsvorrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen. Diese Ausgestaltungen der Fertigungsvorrichtung haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. The manufacturing device is preferably configured for selective laser sintering. Alternatively or additionally, the manufacturing device is configured for selective laser melting. These configurations of the manufacturing device have proven to be particularly advantageous.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fertigungsvorrichtung eine Schutzgasvorrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um eine Schutzgasströmung mit definierter Strömungsrichtung über dem Arbeitsbereich zu erzeugen. According to a further development of the invention, the manufacturing device has a protective gas device which is set up to generate a protective gas flow with a defined flow direction over the working area.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. The drawing shows:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung mit einer Planungsvorrichtung; Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of a manufacturing device with a planning device;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Planungsverfahrens zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen gemäß dem Stand der Technik, und Figur 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Planungsverfahrens. Figure 2 is a schematic representation of an example of a planning procedure for planning a locally selective irradiation of a work area with a plurality of energy beams according to the state of the art, and Figure 3 shows a schematic representation of an exemplary implementation of the planning procedure.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung 1 zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial 2 mit einer Planungsvorrichtung 3. Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a manufacturing device 1 for the additive manufacturing of components from a powder material 2 with a planning device 3.
Die Fertigungsvorrichtung 1 weist mindestens eine bevorzugt als Laser ausgebildete Strahl erzeugungsvorrichtung 5 auf, hier dargestellt eine erste Strahl erzeugungsvorrichtung 5.1 und eine zweite Strahl erzeugungsvorrichtung 5.2, die eingerichtet sind zum Erzeugen einer Mehrzahl - der ersten Anzahl - an Energiestrahlen 7, insbesondere Laserstrahlen, hier einen ersten Energiestrahl 7.1 und einen zweiten Energiestrahl 7.2, sowie eine Scannervorrichtung 9, konkret dargestellte eine erste Scannervorrichtung 9.1 und eine zweite Scannervorrichtung 9.2, die eingerichtet sind , um einen Arbeitsbereich 11 lokal selektiv mit den Energiestrahlen 7 zu bestrahlen, um mittels der Energiestrahlen 7 ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich 11 angeordneten Pulvermaterial 2 herzustellen. Weiter weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine Steuervorrichtung 13 auf, die mit den Scannervorrichtungen 9 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Scannervorrichtungen 9 anzusteuern. Die Steuervorrichtung 13 ist eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden näher beschrieben Fertigungsverfahrens. Insbesondere weist die Steuervorrichtung 13 die Planungsvorrichtung 3 auf oder ist selbst als die Planungsvorrichtung 3 ausgebildet. The manufacturing device 1 comprises at least one beam generating device 5, preferably designed as a laser, shown here as a first beam generating device 5.1 and a second beam generating device 5.2, which are configured to generate a plurality – the first number – of energy beams 7, in particular laser beams, here a first energy beam 7.1 and a second energy beam 7.2, as well as a scanner device 9, specifically shown as a first scanner device 9.1 and a second scanner device 9.2, which are configured to irradiate a working area 11 locally and selectively with the energy beams 7 in order to produce a component from the powder material 2 arranged in the working area 11 by means of the energy beams 7. Furthermore, the manufacturing device 1 comprises a control device 13, which is operatively connected to the scanner devices 9 and configured to control the scanner devices 9. The control device 13 is configured to carry out a manufacturing process described in more detail below. In particular, the control device 13 includes the planning device 3 or is itself designed as the planning device 3.
Die Fertigungsvorrichtung 1 weist bevorzugt eine Schutzgasvorrichtung 15 auf, die eingerichtet ist, um eine Schutzgasströmung mit einer durch einen ersten Pfeil PI schematisch dargestellten definierten Strömungsrichtung über dem Arbeitsbereich 11 zu erzeugen. The manufacturing device 1 preferably has a protective gas device 15 which is set up to generate a protective gas flow with a defined flow direction over the working area 11 as schematically represented by a first arrow PI.
Die Energiestrahlen 7 arbeiten bevorzugt gemeinsam - insbesondere auf einer jeweils gleichen Höhe - entlang einer Vorzugsrichtung, die sich hier entgegen der Strömungsrichtung der Schutzgasströmung erstreckt, wobei die Vorzugsrichtung durch einen zweiten Pfeil P2 dargestellt ist. The energy beams 7 preferably work together - especially at the same height - along a preferred direction which here extends against the direction of flow of the protective gas flow, the preferred direction being represented by a second arrow P2.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Planungsverfahrens zum Planen der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 11 mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen 7 gemäß dem Stand der Technik. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Weiter sind gleiche Elemente, die mehrfach dargestellt sind, der besseren Übersichtlichkeit wegen nur einmal mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Fig. 2 shows a schematic representation of an example of a planning procedure for planning the locally selective irradiation of the work area 11 with a plurality of energy beams 7 according to the state of the art. Identical and functionally equivalent elements are marked with the same reference symbols in all figures, thus referring back to the preceding description. Furthermore, identical elements that appear multiple times are marked with the corresponding reference symbol only once for clarity.
Bei dem hier dargestellten Beispiel sind vier Energiestrahlen 7 vorgesehen, insbesondere weist die Fertigungsvorrichtung 1 genau vier Energiestrahlen 7 auf. Typischerweise wird der Arbeitsbereich 11 vorab - ohne Kenntnis der konkret zu fertigenden Bauteile - aufgeteilt in Bestrahlungsbereiche 16, die den Energiestrahlen 7 jeweils fest zugeordnet sind, hier vier durch gestrichelte Linien voneinander getrennte, mit römischen Zahlen von I bis IV durchnummerierte Bestrahlungsbereiche 16. Weiter werden für einen jeweiligen Bauteil quer schnitt 17 in jeder Pulvermaterialschicht vorab - ohne Berücksichtigung der ersten Anzahl der Energiestrahlen 7 und ohne Berücksichtigung einer konkreten Lage des Bauteilquerschnitts 17 in dem Arbeitsbereich 11 - Bestrahlungsvektoren 19 geplant, wobei hier schematisch solche vorab geplanten Bestrahlungsvektoren 19 in den Bauteilquerschnitten 17 strichpunktiert dargestellt ist. In einem nachgelagerten Schritt werden dann die derart geplanten Bestrahlungsvektoren 19 entsprechend der Lage der Bauteilquerschnitte 17 in den vordefinierten Bestrahlungsbereichen 16 aufgeteilt, wobei hier jeweils zwei entsprechend aufgeteilte Bestrahlungsvektoren 19.1‘ und 19.2‘ schematisch dargestellt sind. In the example shown here, four energy beams 7 are provided; in particular, the manufacturing device 1 has exactly four energy beams 7. Typically, the working area 11 is pre-divided—without knowledge of the specific components to be manufactured—into irradiation zones 16, each of which is permanently assigned to the energy beams 7. Here, four irradiation zones 16 are separated from each other by dashed lines and numbered with Roman numerals from I to IV. Furthermore, for each component cross-section 17, irradiation vectors 19 are pre-planned in each powder material layer—without considering the initial number of energy beams 7 and without considering the specific position of the component cross-section 17 in the working area 11. Such pre-planned irradiation vectors 19 in the component cross-sections 17 are schematically represented here by dashed lines. In a subsequent step, the irradiation vectors 19 planned in this way are then divided according to the position of the component cross-sections 17 in the predefined irradiation areas 16, whereby two irradiation vectors 19.1' and 19.2' divided accordingly are shown schematically here.
Wie bereits ausgeführt, ist jedem der Bestrahlungsbereiche 16 genau einer der Energiestrahlen 7 zugeordnet. Dies führt unter Berücksichtigung der möglichst gleichzeitigen Verlagerung der Energie strahl en 7 entlang der Vorzugsrichtung dazu, dass im Bereich eines ersten Bauteilquerschnitts 17.1 nur zwei der vier Energiestrahlen 7 arbeiten, während die anderen beiden Energiestrahlen 7 pausieren. As already explained, each of the irradiation areas 16 is assigned exactly one of the energy beams 7. Taking into account the most simultaneous possible displacement of the energy beams 7 along the preferred direction, this results in only two of the four energy beams 7 operating in the area of a first component cross-section 17.1, while the other two energy beams 7 are inactive.
Es sind außerdem zwei weitere Bauteilquerschnitte 17.2 und 17.3 dargestellt. In deren Bereich sind dann entsprechend drei der Energiestrahlen 7 aktiv, während ein verbleibender Energiestrahl 7 pausiert. Two further component cross-sections 17.2 and 17.3 are also shown. In these areas, three of the energy beams 7 are active, while one remaining energy beam 7 is paused.
Somit ist die Produktivität bei dieser Vorgehensweise gering, und es wird auch deutlich, dass sich Probleme in der Bauteilqualität durch die Aufteilung der Bestrahlungsvektoren 19 ergeben können, wenn sehr kurze Bestrahlungsvektoren 19 gebildet werden. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Planungsverfahrens zum Planen der lokal selektiven Bestrahlung des Arbeitsbereichs 11 mit der ersten Anzahl an Energiestrahlen 7. Thus, productivity is low with this approach, and it also becomes clear that problems in component quality can arise from the division of the irradiation vectors 19 if very short irradiation vectors 19 are formed. Fig. 3 shows a schematic representation of an embodiment of the planning procedure for planning the locally selective irradiation of the work area 11 with the first number of energy beams 7.
Bei dem Planungsverfahren wird in mindestens einer Planungs-Pulvermaterialschicht der Mehrzahl an Pulvermaterialschichten mindestens ein Bauteil quer schnitt 17 mindestens eines herzustellenden Bauteils ermittelt oder bereitgestellt, wobei in dem mindestens einen Bauteil quer schnitt 17 Bestrahlungsvektoren 19 derart geplant werden, dass eine zweite Anzahl an die Bestrahlungsvektoren 19 umfassenden, hier durch gestrichelte Linien getrennten Bestrahlungsbereichen 16 in dem mindestens einen Bauteil quer schnitt 17 gebildet wird, wobei die zweite Anzahl gleich der ersten Anzahl ist. Die Bestrahlungsvektoren 19 können so optimal geplant und eine nachträgliche Aufteilung der Bestrahlungsvektoren 19 kann vermieden werden, sodass die resultierende Bauteilqualität hoch ist. Außerdem werden die Energie strahl en 7 möglichst gut, vorzugsweise gleichmäßig, ausgelastet, sodass die Produktivität hoch ist. In the planning process, at least one component (cross-section 17) of at least one component to be manufactured is determined or provided in at least one planning powder material layer of the plurality of powder material layers. Irradiation vectors 19 are planned in this component (cross-section 17) such that a second number of irradiation zones 16, separated here by dashed lines and encompassing the irradiation vectors 19, are formed in the component (cross-section 17), with the second number being equal to the first. The irradiation vectors 19 can thus be optimally planned, and subsequent subdivision of the irradiation vectors 19 can be avoided, resulting in high component quality. Furthermore, the energy beams 7 are utilized as efficiently as possible, preferably uniformly, thus ensuring high productivity.
Es ist möglich, dass die einzelnen Energie strahl en 7 den Bestrahlungsbereichen 16 bereits bei der Planung der Bestrahlungsvektoren 19 zugeordnet werden. In diesem Fall erfolgt die Zuordnung direkt bei der Generierung der Bestrahlungsvektoren 19. Alternativ können die einzelnen Energie strahl en 7 den Bestrahlungsbereichen 19 auch erst nach der Planung der Bestrahlungsvektoren 19 zugeordnet werden. It is possible that the individual energy beams 7 are assigned to the irradiation areas 16 during the planning of the irradiation vectors 19. In this case, the assignment takes place directly during the generation of the irradiation vectors 19. Alternatively, the individual energy beams 7 can also be assigned to the irradiation areas 19 only after the planning of the irradiation vectors 19.
Bevorzugt werden die Bestrahlungsvektoren 19 derart geplant, dass eine Gesamt-Vektorlänge der den Bestrahlungsbereichen 16 jeweils zugeordneten Bestrahlungsvektoren 19 für alle Bestrahlungsbereiche 16 gleich ist. Alternativ oder zusätzlich werden die Bestrahlungsvektoren 19 derart geplant, dass eine Anzahl der den Bestrahlungsbereichen 16 jeweils zugeordneten Bestrahlungsvektoren 19 für alle Bestrahlungsbereiche 16 gleich ist. In einer Ausgestaltung, bei der die Energie strahl en 7 den Bestrahlungsbereichen 16 bereits bei der Planung der Bestrahlungsvektoren 19 zugeordnet werden, können die Bestrahlungsvektoren 19 derart geplant werden, dass eine Gesamt-Arbeitszeit der einzelnen Energie strahl en 7 in der Planungs- Pulvermaterialschicht für alle Energiestrahlen 7 gleich ist. Alternativ oder zusätzlich werden die Bestrahlungsvektoren 19 derart geplant, dass eine jeweilige Leistung der Energie strahl en 7 bei der Planung der Bestrahlungsvektoren 19 berücksichtigt wird. Preferably, the irradiation vectors 19 are planned such that the total vector length of the irradiation vectors 19 assigned to each irradiation area 16 is the same for all irradiation areas 16. Alternatively or additionally, the irradiation vectors 19 are planned such that the number of irradiation vectors 19 assigned to each irradiation area 16 is the same for all irradiation areas 16. In an embodiment in which the energy beams 7 are already assigned to the irradiation areas 16 during the planning of the irradiation vectors 19, the irradiation vectors 19 can be planned such that the total working time of the individual energy beams 7 in the planning powder material layer is the same for all energy beams 7. Alternatively or additionally, the irradiation vectors 19 are planned such that the respective power of the energy beams 7 is taken into account during the planning of the irradiation vectors 19.
Bevorzugt werden Bestrahlungsparameter für die Bestrahlungsvektoren 19 zeitlich nach deren Planung, vorzugsweise außerdem zeitlich nach der Zuordnung der Energiestrahlen 7 zu den Bestrahlungsbereichen 16, bestimmt. Mindestens ein Bestrahlungsparameter der Bestrahlungsparameter ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Linienenergie, einer Verlagerungsgeschwindigkeit des zugeordneten Energiestrahls 7 entlang eines Bestrahlungsvektors 19, einer Strahlform des zugeordneten Energiestrahls 7 auf der Planungs-Pulvermaterialschicht, einer Strahlgröße, insbesondere Strahldurchmesser, des zugeordneten Energiestrahls 7 auf der Planungs-Pulvermaterialschicht, und einer Kombination aus mindestens zwei der genannten Bestrahlungsparameter. Preferably, irradiation parameters for the irradiation vectors 19 are determined after their planning, and preferably also after the energy beams 7 have been assigned to the Irradiation areas 16, determined. At least one irradiation parameter is preferably selected from a group consisting of a line energy, a displacement velocity of the associated energy beam 7 along an irradiation vector 19, a beam shape of the associated energy beam 7 on the planning powder material layer, a beam size, in particular beam diameter, of the associated energy beam 7 on the planning powder material layer, and a combination of at least two of the aforementioned irradiation parameters.
Anhand des ersten Bauteilquerschnitts 17.1 ist dargestellt, dass die Bestrahlungsvektoren 19 bevorzugt in Abhängigkeit von der Vorzugsrichtung in der Planungs-Pulvermaterialschicht für ihre Abarbeitung so geplant werden, dass - wenn wie hier der erste Bauteil quer schnitt 17.1 entlang der Vorzugsrichtung alleine vor mindestens einem weiteren Bauteil quer schnitt 17, hier den zweiten und dritten Bauteilquerschnitten 17.2, 17.3, angeordnet ist, die zweite Anzahl an Bestrahlungsbereichen 16 einmal für den mindestens einen ersten Bauteil quer schnitt 17.1 und ein weiteres Mal für die zweiten und dritten Bauteilquerschnitten 17.2, 17.3 erhalten wird. Insbesondere umfasst der erste Bauteil quer schnitt 17.1 vier Bestrahlungsbereiche 16. Auf diese Weise können die Energie strahl en 7 insgesamt zugleich - insbesondere stets auf einer gleichen, gemeinsamen Höhe - entlang der Vorzugsrichtung arbeiten. The first component cross-section 17.1 illustrates that the irradiation vectors 19 are preferably planned in the planning powder material layer for their processing, depending on the preferred direction, such that—if, as here, the first component cross-section 17.1 is arranged alone along the preferred direction in front of at least one further component cross-section 17, here the second and third component cross-sections 17.2, 17.3—the second number of irradiation zones 16 is obtained once for the at least one first component cross-section 17.1 and again for the second and third component cross-sections 17.2, 17.3. In particular, the first component cross-section 17.1 comprises four irradiation zones 16. In this way, the energy beams 7 can all operate simultaneously—especially always at the same, common height—along the preferred direction.
Anhand der zweiten und dritten Bauteilquerschnitte 17.2, 17.3 ist dargestellt, dass die Bestrahlungsvektoren 19 bevorzugt in Abhängigkeit von der Vorzugsrichtung in der Planungs- Pulvermaterialschicht für die Abarbeitung der Bestrahlungsvektoren 19 so geplant werden, dass die zweite Anzahl der Bestrahlungsbereiche 16 auf die quer zu der Vorzugsrichtung nebeneinander angeordneten zweiten und dritten Bauteilquerschnitte 17.2, 17.3 aufgeteilt wird. Insbesondere umfassen der zweite Bauteilquerschnitt 17.2 und der dritte Bauteil quer schnitt 17.3 zusammen vier Bestrahlungsbereiche 16, insbesondere hier jeder Bauteilquerschnitt 17.2, 17.3 je zwei Bestrahlungsbereiche 16. Somit können auch hier vorteilhaft alle Energiestrahlen 7 zugleich - insbesondere auf einer etwa gleichen, gemeinsamen Höhe entlang der Vorzugsrichtung - in Richtung der Vorzugsrichtung arbeiten. Based on the second and third component cross-sections 17.2, 17.3, it is shown that the irradiation vectors 19 are preferably planned in the planning powder material layer for the processing of the irradiation vectors 19, depending on the preferred direction, such that the second number of irradiation zones 16 is distributed between the second and third component cross-sections 17.2, 17.3, which are arranged side by side transversely to the preferred direction. In particular, the second component cross-section 17.2 and the third component cross-section 17.3 together comprise four irradiation zones 16, and in particular, each component cross-section 17.2, 17.3 comprises two irradiation zones 16. Thus, here too, all energy beams 7 can advantageously act simultaneously – in particular at approximately the same, common height along the preferred direction – in the direction of the preferred direction.
Das Planungsverfahren wird bevorzugt für eine Mehrzahl an Planungs-Pulvermaterialschichten durchgeführt, insbesondere für alle Pulvermaterialschichten der Mehrzahl an Pulvermaterialschichten als Planungs-Pulvermaterialschichten. Ein Fertigungsverfahren zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial umfasst bevorzugt folgende Schritte: Bereitstellen eines mithilfe des Planungsverfahrens oder eines Planungsverfahrens erhaltenen Bestrahlungsplans für die lokal selektive Bestrahlung des Arbeitsbereichs 11 mit der ersten Anzahl an Energiestrahlen 7, um das Bauteil mittels der Energiestrahlen 7 schichtweise aus einer Mehrzahl an in einer Schichtfolge zeitlich aufeinanderfolgend in dem Arbeitsbereich 11 angeordneten Pulvermaterialschichten des Pulvermaterials herzustellen, und Fertigen des Bauteils gemäß dem Bestrahlungsplan. Vorzugsweise wird der Bestrahlungsplan bereitgestellt, indem das Planungsverfahren durchgeführt wird. Somit umfasst das Fertigungsverfahren zugleich auch - insbesondere in Form von der eigentlichen Fertigung vorgelagerten Schritten - das Planungsverfahren. The planning procedure is preferably carried out for a plurality of planning powder material layers, in particular for all powder material layers of the plurality of powder material layers as planning powder material layers. A manufacturing process for the additive manufacturing of a component from a powder material preferably comprises the following steps: providing an irradiation plan, obtained using a planning method, for the locally selective irradiation of the working area 11 with the first number of energy beams 7, in order to produce the component layer by layer from a plurality of powder material layers arranged sequentially in a layer sequence within the working area 11, and manufacturing the component according to the irradiation plan. Preferably, the irradiation plan is provided by carrying out the planning method. Thus, the manufacturing process also includes the planning method – particularly in the form of steps preceding the actual manufacturing.
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