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WO2026008387A1 - Verfahren zum testen einer fertigungsvorrichtung, steuervorrichtung und fertigungsvorrichtung zum additiven fertigen von bauteilen aus einem pulvermaterial - Google Patents

Verfahren zum testen einer fertigungsvorrichtung, steuervorrichtung und fertigungsvorrichtung zum additiven fertigen von bauteilen aus einem pulvermaterial

Info

Publication number
WO2026008387A1
WO2026008387A1 PCT/EP2025/067649 EP2025067649W WO2026008387A1 WO 2026008387 A1 WO2026008387 A1 WO 2026008387A1 EP 2025067649 W EP2025067649 W EP 2025067649W WO 2026008387 A1 WO2026008387 A1 WO 2026008387A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
manufacturing
energy beam
area
radiation
detected
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.)
Pending
Application number
PCT/EP2025/067649
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Gutmann
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.)
Trumpf Laser und Systemtechnik Se
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik Se
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 Trumpf Laser und Systemtechnik Se filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik Se
Publication of WO2026008387A1 publication Critical patent/WO2026008387A1/de
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • 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
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/31—Calibration of process steps or apparatus settings, e.g. before or during manufacturing
    • 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
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • B22F10/85—Data acquisition or data processing 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
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • 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
    • B22F2203/00—Controlling
    • B22F2203/03—Controlling for feed-back

Definitions

  • the invention relates to a method for testing a manufacturing device, a control device for carrying out such a method and a manufacturing device for additively manufacturing components from a powder material.
  • a monitoring device can be provided in a dedicated manufacturing setup. This device detects electromagnetic radiation emitted from a melt pool during production—also known as "remitted radiation.” The manufacturing process can then be observed in real time based on the detected radiation and, if necessary, aborted if a problem is identified, particularly if it can be determined that the component currently being manufactured must be rejected. In this way, rejects can be detected early, but not avoided.
  • a pre-acquired dataset for the specific manufacturing process being monitored can be used. This dataset might include, for example, signal values for the time-dependent remitted radiation that would be detected during a defect-free production run.
  • the signal values acquired during the current manufacturing process can then be compared with the dataset, and a decision can be made, based on the comparison, as to whether the manufacturing process should be continued or aborted.
  • a dataset is typically acquired once under test conditions and then used for a multitude of manufacturing processes.
  • the problem is that over time, especially with an increasing number of manufacturing processes, deviations can occur between the detected radiation and the signal values stored in the data set, which These deviations are not caused by problems or errors in the manufacturing process, but can have various other causes, particularly within the manufacturing equipment itself, such as deposits on optics or similar components.
  • the invention is therefore based on the objective of creating a method for testing a manufacturing device, a control device for carrying out such a method and a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, wherein the aforementioned disadvantages are at least reduced, preferably avoided.
  • the problem is solved, in particular, by creating a method for testing a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material.
  • This method involves irradiating a predetermined test area with at least one energy beam, recording the radiation reflected from the test area by at least one monitoring device, and evaluating the manufacturing device based on the recorded reflected radiation.
  • This advantageously allows the manufacturing device to be evaluated before the actual manufacturing process and any problems to be identified early on, thus preventing potential rejects from being produced during the actual manufacturing process. If necessary, a suitable measure can then be taken to rectify any identified problem. This helps to avoid rejects, thereby reducing overall manufacturing time and costs.
  • the method simultaneously enables an evaluation of the monitoring device itself and thus an assessment of whether signal values recorded during a subsequent manufacturing process can be meaningfully compared with a previously acquired data set to determine the The manufacturing process is evaluated. If necessary, a suitable measure can then be taken to ensure comparability of the recorded signal values with the data set, for example, by cleaning optics or scaling the recorded values. This can advantageously prevent unnecessary interruptions to the manufacturing process, thereby also reducing manufacturing time and costs.
  • the monitoring device is a melt pool monitoring device, which is set up to monitor a melt pool of powder material melted by the at least one energy beam during the manufacture of a component.
  • remitted radiation refers specifically to electromagnetic radiation emitted from the test surface, particularly reflected and/or scattered or thermally emitted.
  • “reflection” is understood in the narrower sense to mean specular or directional reflection, while “scattering” refers to diffuse reflection, especially according to Lambert's law.
  • the remitted radiation can be any type of thermal radiation, scattering, or luminescence, including, in particular, fluorescence, phosphorescence, Lambert scattering, Mie scattering, multiphoton scattering, or Raman scattering.
  • the test area is arranged in particular in a working area of the manufacturing device in which the powder material is arranged in order to produce at least one component from the powder material arranged in the working area by means of at least one energy beam generated by the manufacturing device for this purpose.
  • a predetermined test surface with known optical properties is used. This allows the properties of the test surface to be taken into account or subtracted, if necessary, so that only the manufacturing device, and not a combination of the manufacturing device and the test surface, is evaluated based on the measured reflected radiation.
  • the test surface has homogeneous, and in particular constant, optical properties across its entire extent.
  • a substrate plate of the manufacturing device – in particular an uncoated one – is used as the predetermined test surface.
  • "Uncoated” means... It is understood that no powder material has yet been arranged on the substrate plate.
  • such an uncoated substrate plate can have very precisely known, especially optical, properties.
  • an unmelted layer of powder material is used, in particular a layer of powder material arranged directly on the substrate plate or the topmost layer of a small number of powder material layers arranged directly on the substrate plate.
  • the small number of powder material layers arranged directly on the substrate plate can be, in particular, two to ten, in particular three to five, and in particular four.
  • the method can be carried out, in particular, initially before a manufacturing process in order to test the manufacturing device.
  • a user of the manufacturing device can manually select and/or start the method as needed in a control system of the manufacturing device.
  • the method can also be carried out during a manufacturing process if required.
  • the manufacturing process can be interrupted by a user to initiate the method.
  • the emitted radiation is detected by a monitoring device associated with an energy beam of the manufacturing device.
  • the emitted radiation is detected along an optical axis of the associated energy beam by arranging a measuring device, configured to detect the emitted radiation, on the optical axis.
  • a scanner device configured to relocate the associated energy beam includes a deflecting mirror by which the associated energy beam is deflected, wherein the reflectivity of the deflecting mirror—particularly in a wavelength range of the reflected radiation that may differ from a wavelength of the associated energy beam—is less than 100%, such that at least a portion of the radiation reflected along the optical axis passes through the deflecting mirror and falls onto the measuring device arranged behind the deflecting mirror.
  • the associated energy beam it is also possible for the associated energy beam to be sent through the deflecting mirror, wherein the The measuring device is then arranged in such a way that the remitted radiation is partially deflected by the deflecting mirror and directed to the measuring device.
  • the associated energy beam passes through an opening in a deflecting mirror, wherein the remitted radiation is at least partially deflected by the surface of the deflecting mirror surrounding the opening and directed to the measuring device.
  • a so-called scraper mirror can be used.
  • a polarization beam splitter can be used instead of the deflecting mirror, in which case the associated energy beam is preferably linearly polarized.
  • the polarization is at least partially destroyed, with the polarization direction perpendicular to the incident energy beam then containing only the signal of the remitted radiation.
  • the polarization beam splitter thus preferentially reflects the incident radiation of the associated energy beam, which is linearly polarized with a specific polarization direction, and transmits the polarization direction perpendicular to that specific polarization direction – or vice versa.
  • the manufacturing device is preferably configured for selective laser sintering. Alternatively or additionally, the manufacturing device is configured for selective laser melting.
  • Additive or generative manufacturing of a component is understood to mean, in particular, a powder bed-based process for manufacturing a component, specifically a manufacturing process selected from the 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).
  • LMF laser metal fusion
  • DMLM direct metal laser melting
  • LNSM laser net shaping manufacturing
  • SEBM selective electron beam melting
  • LENS laser engineered net shaping
  • the powder material is a pure powder or a powder mixture.
  • a metallic or ceramic powder can be used as the powder material.
  • the metallic powder material can be in the form of a pure metal powder or a metal alloy powder, for example, a steel, aluminum, or titanium alloy.
  • the at least one energy beam is generated by a beam generation device of the manufacturing apparatus.
  • an energy beam already present in the manufacturing process can be used in the test procedure in this way; furthermore, this approach also allows the energy beam itself, in particular its beam path, optical components in the beam path, and the beam generation device to be tested.
  • the at least one energy beam is selected, in particular, 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.
  • the at least one energy beam can be continuous or pulsed, in particular continuous laser radiation or pulsed laser radiation.
  • At least one energy beam is generated by at least one radiation-generating device.
  • the at least one radiation-generating device is designed as a laser.
  • the energy beams are thus advantageously generated as intense beams of coherent electromagnetic radiation, in particular coherent light. Irradiation in this context preferably means exposure.
  • the remitted radiation is detected by a monitoring device, in particular a melt pool monitoring device, assigned to the at least one energy beam of the manufacturing device intended for production.
  • the monitoring device used can be precisely the same one assigned to the energy beam used for the test procedure.
  • a monitoring device assigned to a different energy beam or a plurality of energy beams of the manufacturing device intended for production can be used.
  • an energy beam in particular an energy beam provided separately for the testing procedure, especially a pilot or auxiliary beam
  • This energy beam is also preferably a laser beam. It can be generated by a beam source associated with the manufacturing device or by a beam source provided separately from the manufacturing device.
  • an exposure laser such as for example, can be used as the beam source for the pilot or auxiliary beam.
  • High-speed recordings, or in a particularly simple way, a laser pointer can be used.
  • the at least one monitoring device is evaluated based on the detected remitted radiation.
  • this method ensures, in particular, that the observation and evaluation of a manufacturing process is carried out correctly, thereby avoiding false positive detection of rejects.
  • the beam path of at least one energy beam – particularly one intended for manufacturing – is evaluated based on the detected remitted radiation. This ensures, in particular, the correct emission of the at least one energy beam, thus preventing the generation of defective parts.
  • an optical component for the at least one energy beam – intended particularly for manufacturing – is evaluated based on the detected remitted radiation. This also advantageously contributes both to avoiding rejects through correct emission of the energy beam and to correct monitoring and evaluation of the manufacturing process.
  • the optical component can be, in particular, an optical element that influences the energy beam, especially beam-shaping or deflecting optics, for example a lens, a prism or a mirror, a window or a protective glass.
  • beam-shaping or deflecting optics for example a lens, a prism or a mirror, a window or a protective glass.
  • the at least one beam-generating device is evaluated based on the detected remitted radiation.
  • this ensures that the at least one energy beam – particularly intended for manufacturing – is generated correctly and, in particular, with the correct power, thereby avoiding rejects and ensuring accurate monitoring and evaluation of the manufacturing process.
  • the at least one energy beam is moved along a predetermined beam path across the predetermined test area, with the remitted radiation being detected along the predetermined beam path.
  • a larger area of the manufacturing device can be evaluated in this way – particularly locally. during this transfer, at least one energy beam not only passes over different areas of the test surface, but also over different areas of optical components, which may be locally contaminated or damaged.
  • the manufacturing device is therefore locally evaluated based on the remitted radiation detected along the predetermined beam path.
  • the emitted radiation is detected point-wise, particularly one-dimensionally, or in a small number of pixels, particularly fewer than ten, particularly fewer than five, and especially location-dependently.
  • Each location of a displacement of the energy beam is thus preferably assigned exactly one signal value or at least a small number of signal values.
  • a signal value is, in particular, a brightness value or intensity value.
  • the test surface is irradiated with a plurality of energy beams.
  • several energy beams in particular several energy beams of the manufacturing device intended for production, preferably all energy beams of the manufacturing device, can be used for evaluation or evaluated independently of one another or in combination with one another.
  • the remitted radiation associated with each energy beam – particularly those intended for manufacturing – is detected by a monitoring device assigned to that energy beam.
  • each monitoring device detects a local area on the test surface that is irradiated by the energy beam assigned to that device. In this way, remitted radiation can be detected very precisely at the point where the at least one energy beam acts on the test surface.
  • the remitted radiation of one energy beam can be detected by a monitoring device assigned to a different energy beam.
  • the aforementioned methods can also be combined: for example, if an anomaly is detected by the monitoring device assigned to a particular energy beam, this can be checked and, if necessary, validated or verified by another monitoring device assigned to a different energy beam.
  • at least one measure is carried out depending on the evaluation of the manufacturing device. As previously explained, this advantageously avoids rejects and/or prevents a manufacturing process from being terminated due to a false positive reject detection.
  • the at least one measure is selected from a group consisting of cleaning an optical component for the at least one energy beam, calibrating the at least one beam generating device, calibrating the monitoring device, measuring the power of the at least one energy beam, deactivating the at least one beam generating device, identifying a problem area on the test surface, and a combination of at least two of the aforementioned measures.
  • Cleaning the optical component can advantageously prevent the energy beam passing through the optical component from having a suboptimal beam shape or insufficient intensity locally, and/or prevent, for example, an insufficient intensity of remitted radiation from being detected due to a locally reduced intensity of the energy beam.
  • Calibrating the beam generation device advantageously ensures that the at least one energy beam – particularly intended for manufacturing – is generated correctly, that is, specifically with the desired, predetermined parameters. This affects both the quality of the manufactured components and the detected intensity of the emitted radiation.
  • Calibrating the monitoring device can advantageously ensure that the detected intensities of the remitted radiation correspond to the expected values, in particular to the pre-generated data set, or that the detected intensities of different monitoring devices correspond to each other.
  • a sub-area of the working area of the manufacturing device associated with the problem area is removed from the production plan for manufacturing at least one component.
  • this avoids manufacturing in the sub-area of the working area associated with the problem area, thereby preventing either the scrap or false positive rejection detection that would otherwise be expected in that area.
  • Removing the corresponding sub-area from the production plan means, in particular, that the production of a component or part of a component from the corresponding sub-area is shifted to another sub-area of the working area not associated with a problem area—a so-called "good area.”
  • a measuring device arranged on a beam axis of an energy beam of the manufacturing device is used as the monitoring device. This allows, on the one hand, the advantageous use of an already existing measuring device, and on the other hand, the very precise local detection of reflected radiation at the point where the at least one energy beam acts on the test surface.
  • the measuring device can comprise at least one light-sensitive surface element, also referred to as a photosite, pixel, or sensor, a light-sensitive diode, in particular a photodiode, or another light-sensitive device.
  • the measuring device can comprise a single pixel or a collection of pixels, e.g., a pixel row or a pixel array.
  • the measuring device is selected from a group consisting of a photodiode, a quadrant sensor, a camera, and a combination of at least two of the aforementioned measuring devices.
  • a quadrant sensor is understood to be, in particular, a sensor with a plurality of photodiodes, especially four photodiodes.
  • the different photodiodes differ in their spectral sensitivity, so that emitted radiation in different wavelength ranges can be detected with the different photodiodes.
  • a camera is used as the measuring device, it is preferably a camera with a small number of pixels, in particular less than ten pixels.
  • an area camera or another sensor can be used which simultaneously captures a larger section of the work area, in particular the entire work area.
  • control device for a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, wherein the control device is configured to carry out a method according to the invention or a method according to one or more of the embodiments described above.
  • control device In connection with the control device, the advantages that have already been explained in connection with the method are particularly evident.
  • the problem is also solved by creating a manufacturing device for the additive manufacturing of components from a powder material, which has at least one beam generation device, wherein the beam generation device is configured to generate at least one energy beam.
  • the manufacturing device also has at least one scanner device, which is configured to locally and selectively irradiate a working area with the at least one energy beam in order to produce at least one component from the powder material arranged in the working area by means of the at least one energy beam.
  • the manufacturing device has a monitoring device, which is preferably configured to monitor a melt pool of the powder material melted by the at least one energy beam during the manufacturing of a component.
  • the manufacturing device has a control device according to the invention or a control device according to one or more of the embodiments described above.
  • the monitoring device is, in particular, configured to detect radiation remitted from a test area arranged in the working area.
  • the manufacturing device additionally includes a beam source provided separately for the test procedure to generate a further energy beam, in particular a pilot or auxiliary beam.
  • this beam source is a laser, for example an exposure laser or a laser pointer.
  • the control device is specifically interconnected with the scanner device and the monitoring device.
  • the at least one scanner device preferably comprises at least one scanner, in particular a galvanometer scanner, piezo scanner, polygon scanner, MEMS scanner, and/or a 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 between a plurality of irradiation positions.
  • a work head or processing head that can be moved relative to the work area is understood here to be, in particular, an integrated component of the manufacturing device which has at least one radiation outlet for at least one energy beam, wherein the integrated component, i.e., the work head, as a whole can be moved relative to the work area along at least one direction of movement, preferably along two perpendicular directions of movement.
  • a work head can, in particular, be designed in a gantry configuration or be guided by a robot.
  • the work head can be designed as the robot hand of a robot.
  • 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.
  • 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.
  • the monitoring device has a measuring device arranged on a beam axis of the energy beam, which is designed in particular as a photodiode, quadrant sensor or camera.
  • the measuring device of the monitoring device can also be an area camera or another sensor that simultaneously captures a larger section of the work area, in particular the entire work area.
  • Figure shows a schematic representation of an embodiment of a manufacturing device for producing at least one component.
  • the single figure shows a schematic representation of an embodiment of a manufacturing device 1 for the additive manufacturing of components from a powder material.
  • the manufacturing device 1 comprises at least one beam generation device 3 configured to generate at least one energy beam 5, preferably a laser beam.
  • the manufacturing device 1 also comprises at least one scanner device 7 configured to locally and selectively irradiate a working area 9 with the at least one energy beam 5 in order to produce at least one component from the powder material arranged in the working area 7 using the at least one energy beam 5.
  • the manufacturing device 1 comprises a monitoring device 11, for example, configured as a melt pool monitoring device, which is optionally configured to monitor a melt pool of the powder material melted by the at least one energy beam 5 during the production of a component, wherein the monitoring device 11 is particularly configured to detect radiation 17 emitted from a test area 15 arranged in the working area 9.
  • the manufacturing device 1 has a control device 13 which is operatively connected and set up, in particular with the scanner device 7 and the monitoring device 11, to carry out a method for testing the manufacturing device 1 which is described in more detail below.
  • this test procedure is carried out using the at least one energy beam 5, which is also intended for manufacturing.
  • a separate energy beam for which a separate beam source, in particular a laser, for example an exposure laser or a laser pointer, can be provided.
  • the monitoring device 11 preferably comprises a measuring device 19 arranged on a beam axis A of the energy beam 5.
  • the measuring device 19 preferably comprises at least one light-sensitive surface element, also referred to as a photosite, pixel, or sensor, a light-sensitive diode, in particular a photodiode, or another light-sensitive device.
  • the measuring device 19 can be a single pixel or a
  • the measuring device 19 comprises a collection of pixels, e.g., a pixel row or a pixel array.
  • the measuring device 19 is selected from a group consisting of a photodiode, a quadrant sensor, a camera, and a combination of at least two of the aforementioned measuring devices.
  • the scanner device 7 has a deflecting mirror 21, over which the energy beam 5 is deflected, wherein the reflectivity of the deflecting mirror 21 - particularly in a wavelength range of the reflected radiation that may deviate from a wavelength of the energy beam 5 - is less than 100%, so that at least a portion of the radiation 17 reflected along the optical axis A passes through the deflecting mirror 21 and falls onto the measuring device 19 arranged behind the deflecting mirror 21, wherein the reflected radiation 17 is preferably imaged onto the measuring device 19 by an imaging optic 23, which is shown here as a single lens.
  • a predetermined test area 15 is irradiated with the energy beam 7, and the radiation 17 emitted from the test area 15 is detected by the monitoring device 11.
  • the manufacturing device 1 is evaluated based on the detected emitted radiation 17.
  • the predetermined test area 15 can be a substrate plate of the manufacturing device 1, in particular an uncoated one.
  • the predetermined test area 15 can be a layer of powder material that has not yet melted, in particular a layer of powder material arranged directly on the substrate plate or the uppermost layer of a small number of powder material layers arranged directly on the substrate plate.
  • the procedure can be performed initially before a manufacturing process to test the manufacturing device 1.
  • a user can manually select and/or start the procedure in a control system of the manufacturing device 1.
  • the test area 15 is a freshly applied layer of powder material applied during a manufacturing process – particularly over already melted powder material layers.
  • the method can also be carried out during a manufacturing process if required.
  • the manufacturing process can be interrupted by a user and the method started for this purpose.
  • the monitoring device 11 is evaluated based on the detected remitted radiation 17.
  • the beam path of the energy beam 5 is evaluated based on the detected remitted radiation 17.
  • an optical component for the energy beam 5 is evaluated based on the detected remitted radiation 17.
  • the optical component can be, in particular, an optic that influences the energy beam 5, especially beam-shaping or deflecting optics, for example a lens, a prism or a mirror, a window or a protective glass.
  • the radiation generating device 3 is evaluated based on the detected remitted radiation 17.
  • the energy beam 5 is moved along a predetermined beam path over the predetermined test area 15, with the remitted radiation being detected along the predetermined beam path.
  • the manufacturing device 1 is locally evaluated based on the remitted radiation detected along the predetermined beam path.
  • the emitted radiation 17 is detected pointwise, particularly one-dimensionally, or in a small number of pixels, particularly fewer than ten, particularly fewer than five, and especially location-dependently.
  • Each location of a displacement of the energy beam 5 is thus preferably assigned exactly one signal value or at least a small number of signal values.
  • a signal value is, in particular, a brightness value or intensity value.
  • the test area 15 is preferably irradiated with a plurality of energy beams 5.
  • the emitted radiation 17 associated with each energy beam 5 is detected by a monitoring device 11 assigned to each energy beam 5.
  • each monitoring device 11 detects a local area on the test surface 15 that is irradiated by the energy beam 5 assigned to the respective monitoring device 11.
  • remitted radiation 17 from an energy beam 5 is detected by a monitoring device 11 assigned to a different energy beam 5.
  • the aforementioned procedures can also be combined: For example, if an anomaly is detected by the monitoring device 11 assigned to a particular energy beam 5, this can be reported by a The monitoring device 11 associated with the other energy beam 5 is checked and, if necessary, validated or verified.
  • At least one measure is carried out depending on the evaluation of the manufacturing device 1.
  • This measure is preferably selected from a group consisting of cleaning an optical component for the at least one energy beam 5, calibrating the at least one beam generating device 3, calibrating the monitoring device 11, measuring the power of the at least one energy beam 5, deactivating the at least one beam generating device 3, identifying a problem area on the test surface 15, and a combination of at least two of the aforementioned measures.
  • a problem area is identified on the test area 15, a sub-area of the work area 9 of the manufacturing device 1 associated with the problem area is removed from a production plan for the manufacture of at least one component. It is preferably provided that if a problem area is identified on the test area 15, a sub-area of the work area 9 of the manufacturing device 1 associated with the problem area is removed from a production plan for the manufacture of at least one component.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen einer Fertigungsvorrichtung (1) zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial, wobei eine vorbestimmte Testfläche (15) mit mindestens einem Energiestrahl (5) bestrahlt wird, wobei von der Testfläche (15) remittierte Strahlung (17) durch mindestens eine Überwachungsvorrichtung (11) erfasst wird, und wobei die Fertigungsvorrichtung (1) auf der Grundlage der erfassten remittierten Strahlung (17) bewertet wird.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zum Testen einer Fertigungsvorrichtung, Steuervorrichtung und
Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen einer Fertigungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial.
Bei der additiven Fertigung von Bauteilen aus einem Pulvermaterial kann es aus verschiedenen Gründen, beispielsweise durch fehlerhafte Kalibration von Energiestrahlen, Verschmutzungen oder Ablagerungen auf Optiken und dergleichen zu Fehlern im Fertigungsprozess kommen, sodass Bauteile entstehen, die als Ausschuss zu verwerfen sind. Hierdurch ergibt sich unnötiger zeitlicher Aufwand, und die Fertigungskosten sind hoch.
Zur Überwachung der additiven Fertigung kann in einer hierzu eingerichteten Fertigungsvorrichtung eine Überwachungsvorrichtung vorgesehen sein, durch die insbesondere von einem Schmelzbad während der Fertigung ausgehende elektromagnetische Strahlung - auch als „remittierte Strahlung“ bezeichnet - erfasst wird. Der Fertigungsprozess kann dann anhand der erfassten Strahlung in Echtzeit beobachtet und gegebenenfalls abgebrochen werden, wenn ein Problem festgestellt wird, insbesondere wenn entschieden werden kann, dass das gerade in der Fertigung befindliche Bauteil als Ausschuss zu verwerfen ist. Ausschuss kann auf diese Weise frühzeitig erkannt, nicht jedoch vermieden werden. Um die Beobachtung und Entscheidung möglichst einfach zu halten, kann ein vorab für den bestimmten, konkret zu beobachtenden Fertigungsprozess gewonnener Datensatz verwendet werden, der beispielsweise Signalwerte für die während einer fehlerfreien Fertigung zeitabhängig zu erfassende remittierte Strahlung umfasst. Die während des aktuellen Fertigungsprozesses erfassten Signalwerte können dann mit dem Datensatz verglichen werden, wobei abhängig von dem Vergleich die Entscheidung getroffen werden kann, ob der Fertigungsprozess fortgesetzt oder abgebrochen wird. Ein solcher Datensatz wird typischerweise einmalig unter Testbedingungen gewonnen und dann für eine Vielzahl von Fertigungsprozessen verwendet. Problematisch daran ist, dass im Laufe der Zeit, insbesondere mit zunehmender Anzahl der durchgeführten Fertigungsprozesse, Abweichungen zwischen der erfassten Strahlung und den in dem Datensatz hinterlegten Signalwerten auftreten können, die nicht durch Probleme oder Fehler im Fertigungsprozess verursacht sind, sondern verschiedene andere Ursachen, insbesondere in der Fertigungsvorrichtung selbst, beispielsweise Ablagerungen auf Optiken oder dergleichen, haben können. Auch wenn ein auf einer anderen Fertigungsvorrichtung gewonnener Datensatz verwendet oder die Fertigungsvorrichtung zwischen der Gewinnung des Datensatzes und der tatsächlichen Fertigung gewartet oder anderweitig verändert wurde, kann es zu Abweichungen in den Signalwerten kommen, die nicht notwendig auf einen fehlerhaften Fertigungsprozess hinweisen. Unter den beschriebenen Umständen ist es möglich, dass Fertigungsprozesse abgebrochen werden, obwohl tatsächlich kein Ausschuss erzeugt wurde, was ebenfalls unnötigen zeitlichen Aufwand und unnötig hohe Fertigungskosten mit sich bringt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Testen einer Fertigungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise vermieden werden.
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.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Testen einer Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, wobei eine vorbestimmte Testfläche mit mindestens einem Energiestrahl bestrahlt wird, wobei von der Testfläche remittierte Strahlung durch mindestens eine Überwachungsvorrichtung erfasst wird, und wobei die Fertigungsvorrichtung auf der Grundlage der erfassten remittierten Strahlung bewertet wird. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, die Fertigungsvorrichtung vor der Durchführung eines tatsächlichen Fertigungsprozesses zu bewerten und etwaige Probleme frühzeitig zu identifizieren, bevor in dem tatsächlichen Fertigungsprozess gegebenenfalls Ausschuss produziert wird. Gegebenenfalls kann dann eine geeignete Maßnahme getroffen werden, um ein erkanntes Problem zu beheben. Dies trägt dazu bei, Ausschuss zu vermeiden, wodurch insgesamt die Fertigungszeit und die Fertigungskosten sinken können. Weiterhin ermöglicht das Verfahren zugleich eine Bewertung der Überwachungsvorrichtung selbst und damit eine Beurteilung der Frage, ob während eines nachfolgenden Fertigungsprozesses erfasste Signalwerte sinnvoll mit einem vorab gewonnenen Datensatz verglichen werden können, um den Fertigungsprozess zu evaluieren. Gegebenenfalls kann dann eine geeignete Maßnahme getroffen werden, um eine Vergleichbarkeit der erfassten Signalwerte mit dem Datensatz herzustellen, beispielsweise durch Reinigen von Optiken oder Skalieren der erfassten Werte. Vorteilhaft kann auf diese Weise ein unnötiger Abbruch eines Fertigungsprozesses vermieden werden, wodurch zusätzlich die Fertigungszeit und die Fertigungskosten reduziert sind.
In einer Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung eine Schmelzbad- Überwachungsvorrichtung, die eingerichtet ist zur Überwachung eines Schmelzbads des durch den mindestens einen Energiestrahl während des Fertigens eines Bauteils aufgeschmolzenen Pulvermaterials.
Unter „remittierter Strahlung“ wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere elektromagnetische Strahlung verstanden, die von der Testfläche ausgesendet, insbesondere reflektiert und/oder gestreut oder thermisch emittiert wird. Dabei wird unter „Reflexion“ hier im engeren Sinne gerichtete oder spekulare Reflexion verstanden, während unter „Streuung“ diffuse Reflexion, insbesondere gemäß dem Lamberf sehen Gesetz, verstanden wird. Die remittierte Strahlung kann insbesondere jede Art von Wärmestrahlung, Streuung oder Lumineszenz sein, insbesondere Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Lambert-Streuung, Mie-Streuung, Mehr-Photonen- Streuung oder Raman-Streuung.
Die Testfläche ist insbesondere in einem Arbeitsbereich der Fertigungsvorrichtung angeordnet, in dem das Pulvermaterial angeordnet wird, um mittels mindestens eines von der Fertigungsvorrichtung zu diesem Zweck erzeugten Energiestrahls mindestens ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen.
In einer Ausführungsform wird eine vorbestimmte Testfläche mit bekannten optischen Eigenschaften, insbesondere bekannten Reflexionseigenschaften, verwendet. Auf diese Weise können - wenn nötig - die Eigenschaften der Testfläche berücksichtigt beziehungsweise herausgerechnet werden, sodass anhand der erfassten remittierten Strahlung nur die Fertigungsvorrichtung und nicht eine Kombination aus der Fertigungsvorrichtung und der Testfläche bewertet wird. In einer Ausgestaltung weist die Testfläche über ihre Erstreckung homogene, insbesondere konstante optische Eigenschaften auf.
In einer Ausführungsform wird als die vorbestimmte Testfläche eine - insbesondere unbeschichtete - Substratplatte der Fertigungsvorrichtung verwendet. Unter „unbeschichtet“ wird dabei verstanden, dass noch kein Pulvermaterial auf der Substratplatte angeordnet ist. Insbesondere eine solche unbeschichtete Substratplatte kann sehr genau bekannte, insbesondere optische Eigenschaften aufweisen. Alternativ wird in einer anderen Ausführungsform als die vorbestimmte Testfläche eine noch nicht aufgeschmolzene Pulvermaterialschicht, insbesondere eine unmittelbar auf der Substratplatte angeordnete Pulvermaterialschicht oder eine oberste Pulvermaterialschicht einer geringen Anzahl unmittelbar auf der Substratplatte angeordneter Pulvermaterialschichten, verwendet. Die geringe Anzahl unmittelbar auf der Substratplatte angeordneter Pulvermaterialschichten kann insbesondere von zwei bis zehn, insbesondere von drei bis fünf, insbesondere vier, betragen. Auf die hier beschriebene Weise kann das Verfahren insbesondere initial vor einem Fertigungsprozess durchgeführt werden, um die Fertigungsvorrichtung zu testen. Vorzugsweise kann ein Benutzer der Fertigungsvorrichtung das Verfahren bedarfsweise manuell in einer Steuerung der Fertigungsvorrichtung auswählen und/oder starten.
Es ist aber auch möglich, dass als die Testfläche eine während eines Fertigungsprozesses - insbesondere über bereits aufgeschmolzenen Pulvermaterialschichten - frisch aufgetragene Pulvermaterialschicht verwendet wird. Auf diese Weise kann das Verfahren bedarfsweise auch während eines Fertigungsprozesses durchgeführt werden. Vorzugsweise kann der Fertigungsprozess hierfür von einem Benutzer unterbrochen und das Verfahren gestartet werden.
Insbesondere wird die remittierte Strahlung von einer Überwachungsvorrichtung erfasst, die einem Energiestrahl der Fertigungsvorrichtung zugeordnet ist. Bevorzugt wird die remittierte Strahlung entlang einer optischen Achse des zugeordneten Energiestrahls erfasst, indem eine Messvorrichtung, die eingerichtet ist zur Erfassung der remittierten Strahlung, auf der optischen Achse angeordnet ist.
Vorzugsweise weist hierzu eine Scannervorrichtung, die eingerichtet ist zum Verlagern des zugeordneten Energiestrahls, einen Umlenkspiegel auf, über den der zugeordnete Energiestrahl umgelenkt wird, wobei die Reflektivität des Umlenkspiegels - insbesondere in einem Wellenlängenbereich der remittierten Strahlung, der von einer Wellenlänge des zugeordneten Energiestrahls abweichen kann - kleiner ist als 100 %, sodass zumindest ein Anteil der entlang der optischen Achse remittierten Strahlung durch den Umlenkspiegel hindurchtritt und auf die hinter dem Umlenkspiegel angeordnete Messvorrichtung fällt. Alternativ ist es auch möglich, dass der zugeordnete Energiestrahl durch den Umlenkspiegel hindurchgeschickt wird, wobei die Messvorrichtung dann derart angeordnet ist, dass das die remittierte Strahlung durch den Umlenkspiegel teilweise umgelenkt und zu der Messvorrichtung geleitet wird.
Weiter ist es auch bevorzugt möglich, dass der zugeordnete Energiestrahl durch eine Öffnung eines Umlenkspiegels hindurchtritt, wobei die remittierte Strahlung von der die Öffnung umgebenden Oberfläche des Umlenkspiegels zumindest teilweise umgelenkt und zu der Messvorrichtung geleitet wird. Insbesondere kann ein sogenannter Scraper-Spiegel verwendet werden.
Alternativ ist es auch möglich, anstelle des Umlenkspiegels einen Polarisationsstrahlteiler zu verwenden, wobei der zugeordnete Energiestrahl in diesem Fall bevorzugt linear polarisiert ist. Durch die Remission, insbesondere Streuung, wird die Polarisation zumindest teilweise zerstört, wobei dann die zum einfallenden Energiestrahl senkrechte Polarisationsrichtung nur das Signal der remittierten Strahlung enthält. Der Polarisationsstrahlteiler reflektiert somit bevorzugt die mit einer bestimmten Polarisationsrichtung linear polarisierte, einfallende Strahlung des zugeordneten Energiestrahls und transmittiert die zu der bestimmten Polarisationsrichtung senkrechte Polarisationsrichtung - oder umgekehrt.
Die Fertigungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet zum selektiven Lasersintern. Alternativ oder zusätzlich ist die Fertigungsvorrichtung eingerichtet zum selektiven Laserschmelzen.
Unter einem additiven oder generativen Fertigen oder Herstellen eines Bauteils wird insbesondere ein Pulverbett-basiertes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils verstanden, insbesondere ein Fertigungsverfahren, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem selektiven Lasersintern, einem Laser-Metall-Fusionieren (Laser Metal Fusion - LMF), einem direkten Metall-Laser-Schmelzen (Direct Metal Laser Melting - DMLM), einem Laser Net Shaping Manufacturing (LNSM), 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.
Insbesondere ist das Pulvermaterial ein Reinpulver oder ein Pulvergemisch. Als Pulvermaterial kann in bevorzugter Weise insbesondere ein metallisches oder keramisches Pulver verwendet werden. Das metallische Pulvermaterial kann als ein pulverförmiges Reinmetall oder als eine pulverförmige Metalllegierung ausgebildet sein, beispielsweise ein Stahl- oder eine Aluminiumoder Titanlegierung. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Energiestrahl durch eine Strahlerzeugungsvorrichtung der Fertigungsvorrichtung erzeugt wird. Vorteilhaft kann auf diese Weise ein für die Fertigung ohnehin vorhandener Energiestrahl in dem Testverfahren verwendet werden; weiterhin erlaubt diese Vorgehensweise zugleich, auch den Energiestrahl selbst, insbesondere dessen Strahlengang, optische Komponenten in dem Strahlengang, sowie die Strahlerzeugungsvorrichtung zu testen.
Der mindestens eine Energiestrahl ist insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem elektromagnetischen Strahl, insbesondere einem optischen Arbeitsstrahl, insbesondere einem Laserstrahl, und einem Teilchenstrahl, insbesondere einem Elektronenstrahl. Der mindestens eine Energiestrahl kann kontinuierlich oder gepulst sein, insbesondere kontinuierliche Laserstrahlung oder gepulste Laserstrahlung.
Insbesondere wird der mindestes eine Energiestrahl durch mindestens eine Strahlungserzeugungsvorrichtung erzeugt. Bevorzugt ist die mindestens eine Strahlerzeugungsvorrichtung als Laser ausgebildet. Die Energiestrahlen werden somit vorteilhaft als intensive Strahlen kohärenter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenten Lichts, erzeugt. Bestrahlung bedeutet insoweit bevorzugt Belichtung.
In einer Ausführungsform wird die remittierte Strahlung von einer dem - für die Fertigung vorgesehenen - mindestens einen Energiestrahl der Fertigungsvorrichtung zugeordneten Überwachungsvorrichtung, insbesondere Schmelzbad-Überwachungsvorrichtung, erfasst. Dabei kann genau diejenige Überwachungsvorrichtung genutzt werden, die auch dem für das Testverfahren verwendeten Energiestrahl zugeordnet ist. Es kann aber auch eine Überwachungsvorrichtung verwendet werden, die einem anderen für die Fertigung vorgesehenen Energiestrahl einer Mehrzahl an Energiestrahlen der Fertigungsvorrichtung zugeordnet ist.
Alternativ zur Verwendung eines für die Fertigung vorgesehenen Energiestrahls kann in einer Ausführungsform aber auch ein anderer Energiestrahl, insbesondere ein separat für das Testverfahren vorgesehener Energiestrahl, insbesondere ein Pilot- oder Hilfsstrahl verwendet werden. Auch dieser Energiestrahl ist bevorzugt ein Laserstrahl. Er kann von einer der Fertigungsvorrichtung zugeordneten Strahl quelle erzeugt werden, oder auch von einer separat zu der Fertigungsvorrichtung vorgesehenen Strahlquelle. Insbesondere kann als Strahlquelle für den Pilot- oder Hilfsstrahl ein Belichtungslaser, wie beispielsweise für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, oder in besonders einfacher Weise ein Laserpointer verwendet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass anhand der erfassten remittierten Strahlung die mindestens eine Überwachungsvorrichtung bewertet wird. Wie bereits ausgeführt kann auf diese Weise insbesondere gewährleistet werden, dass eine Beobachtung und Evaluierung eines Fertigungsprozesses korrekt vorgenommen wird, wobei insbesondere eine falsch positive Erkennung von Ausschuss vermieden werden kann.
Alternativ oder zusätzlich wird anhand der erfassten remittierten Strahlung ein Strahlengang des mindestens einen - insbesondere für die Fertigung vorgesehenen - Energiestrahls bewertet. Auf diese Weise kann insbesondere eine korrekte Emission des mindestens einen Energiestrahls gewährleistet werden, sodass die Entstehung von Ausschuss vermieden werden kann.
Alternativ oder zusätzlich wird anhand der erfassten remittierten Strahlung eine optische Komponente für den - insbesondere für die Fertigung vorgesehenen - mindestens einen Energiestrahl bewertet. Auch dies trägt vorteilhaft sowohl zur Vermeidung von Ausschuss durch korrekte Emission des Energiestrahls, als auch zu einer korrekten Beobachtung und Evaluierung des Fertigungsprozesses bei.
Als die optische Komponente kann insbesondere eine den Energiestrahl beeinflussende, insbesondere strahlformende oder ablenkende Optik, beispielsweise eine Linse, ein Prisma oder ein Spiegel, ein Fenster oder ein Schutzglas bewertet werden.
Alternativ oder zusätzlich wird anhand der erfassten remittierten Strahlung die mindestens eine Strahlerzeugungsvorrichtung bewertet. Vorteilhaft kann auf diese Weise gewährleistet werden, dass der mindestens eine - insbesondere für die Fertigung vorgesehene - Energiestrahl korrekt und insbesondere auch mit korrekter Leistung, erzeugt wird, wodurch sowohl Ausschuss vermieden als auch eine korrekte Beobachtung und Evaluierung eines Fertigungsprozesses gewährleistet werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Energiestrahl entlang eines vorbestimmten Strahlpfads über die vorbestimmte Testfläche verlagert wird, wobei die remittierte Strahlung entlang des vorbestimmten Strahlpfads erfasst wird. Vorteilhaft kann auf diese Weise ein größerer Bereich der Fertigungsvorrichtung - insbesondere lokal - bewertet werden, wobei der mindestens eine Energiestrahl während dieser Verlagerung nicht nur verschiedene Bereiche der Testfläche üb erstr eicht, sondern auch verschiedene Bereiche von optischen Komponenten passiert, die gegebenenfalls lokal verschmutzt oder beschädigt sein können.
In einer Ausführungsform wird daher die Fertigungsvorrichtung auf der Grundlage der entlang des vorbestimmten Strahlpfads erfassten remittierten Strahlung lokal bewertet.
Die remittierte Strahlung wird in einer Ausgestaltung punktweise, insbesondere eindimensional, oder in einer geringen Anzahl von insbesondere weniger als zehn, insbesondere weniger als fünf Pixeln, - insbesondere ortsabhängig - erfasst. Jedem Ort einer Verlagerung des Energiestrahls wird so bevorzugt genau ein Signalwert oder zumindest eine geringe Zahl an Signalwerten zugeordnet. Ein solcher Signalwert ist insbesondere ein Helligkeitswert oder Intensitätswert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Testfläche mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen bestrahlt wird. Vorteilhaft können auf diese Weise mehrere Energiestrahlen, insbesondere mehrere - für die Fertigung vorgesehene - Energiestrahlen der Fertigungsvorrichtung, bevorzugt alle Energiestrahlen der Fertigungsvorrichtung, unabhängig voneinander oder in Kombination miteinander, für die Bewertung herangezogen oder selbst bewertet werden.
In einer Ausführungsform wird den - insbesondere für die Fertigung vorgesehenen - Energie strahl en jeweils zugeordnete remittierte Strahlung von jeweils einer, dem jeweiligen Energiestrahl zugeordneten Überwachungsvorrichtung erfasst. Bevorzugt erfasst dabei insbesondere jede Überwachungsvorrichtung einen lokalen Bereich auf der Testfläche, der durch den der jeweiligen Überwachungsvorrichtung zugeordneten Energiestrahl bestrahlt wird. Auf dieses Weise kann sehr genau remittierte Strahlung lokal dort erfasst werden, wo der mindestens eine Energiestrahl auf die Testfläche einwirkt.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass remittierte Strahlung eines Energiestrahls durch eine Überwachungsvorrichtung erfasst wird, die einem anderen Energiestrahl zugeordnet ist. Die zuvor genannten Vorgehensweisen können auch miteinander kombiniert werden: Wenn beispielsweise durch die einem bestimmten Energiestrahl zugeordnete Überwachungsvorrichtung eine Auffälligkeit festgestellt wird, kann dies durch eine einem anderen Energiestrahl zugeordnete, andere Überwachungsvorrichtung überprüft und gegebenenfalls validiert oder verifiziert werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der Bewertung der Fertigungsvorrichtung mindestens eine Maßnahme durchgeführt wird. Wie zuvor bereits ausgeführt, kann auf diese Weise vorteilhaft Ausschuss vermieden werden, und/oder es kann vermieden werden, dass ein Fertigungsprozess wegen einer falsch positiven Ausschusserkennung abgebrochen wird.
In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Maßnahme ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Reinigen einer optischen Komponente für den mindestens einen Energiestrahl, einer Kalibrierung der mindestens einen Strahlerzeugungsvorrichtung, einer Kalibrierung der Überwachungsvorrichtung, einer Leistungsmessung des mindestens einen Energiestrahls, einer Deaktivierung der mindestens einen Strahlerzeugungsvorrichtung, einer Identifikation eines Problembereichs auf der Testfläche, und einer Kombination aus mindestens zwei der genannten Maßnahmen.
Durch Reinigen der optischen Komponente kann vorteilhaft vermieden werden, dass der die optische Komponente passierende Energiestrahl lokal eine suboptimale Strahlform oder zu geringe Intensität aufweist, und/oder es kann vermieden werden, dass beispielsweise aufgrund einer lokal reduzierten Intensität des Energiestrahls eine zu geringe Intensität an remittierter Strahlung erfasst wird.
Durch Kalibration der Strahlerzeugungsvorrichtung kann vorteilhaft gewährleistet werden, dass der mindestens eine - insbesondere für die Fertigung vorgesehene - Energiestrahl korrekt, das heißt insbesondere mit den gewünschten, vorbestimmten Parametern, erzeugt wird. Dies wirkt sich sowohl auf die Qualität der hergestellten Bauteile als auch auf die detektierte Intensität der remittierten Strahlung aus.
Durch Kalibration der Überwachungsvorrichtung kann vorteilhaft gewährleistet werden, dass die erfassten Intensitäten der remittierten Strahlung mit den erwarteten Werten, insbesondere dem vorab generierten Datensatz, oder auch die erfassten Intensitäten verschiedener Überwachungsvorrichtungen untereinander, übereinstimmen.
Mittels einer Leistungsmessung des mindestens einen Energiestrahls können Abweichungen der emittierten Leistung festgestellt und weitere Maßnahmen zur Anpassung getroffen werden. Werden massive, anderweitig nicht oder zumindest nicht rasch behebbare Probleme mit einer Strahlerzeugungsvorrichtung festgestellt, kann diese vorteilhaft deaktiviert und stattdessen auf eine andere Strahlerzeugungsvorrichtung ausgewichen werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass, wenn auf der Testfläche ein Problembereich identifiziert wird, ein dem Problembereich zugeordneter Teilbereich des Arbeitsbereichs der Fertigungsvorrichtung aus einer Fertigungsplanung zur Herstellung mindestens eines Bauteils herausgenommen wird. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine Fertigung in dem Teilbereich des Arbeitsbereichs, der dem Problembereich zugeordnet ist, vermieden werden, wobei entweder in diesem Bereich ansonsten zu erwartender Ausschuss oder eine in diesem Bereich ansonsten zu erwartende falsch positive Ausschusserkennung vermieden wird. Dass der entsprechende Teilbereich aus der Fertigungsplanung herausgenommen wird, bedeutet insbesondere, dass die Herstellung eines Bauteils oder eines Teils eines Bauteils aus dem entsprechenden Teilbereich in einen anderen, keinem Problembereich zugeordneten Teilbereich des Arbeitsbereichs - in einen sogenannten „Gutbereich“ - verschoben wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als die Überwachungsvorrichtung eine auf einer Strahlachse eines Energiestrahls der Fertigungsvorrichtung angeordnete Messvorrichtung verwendet wird. Somit kann zum einen vorteilhaft eine ohnehin vorhandene Messvorrichtung genutzt werden, zum anderen kann sehr genau remittierte Strahlung lokal dort erfasst werden, wo der mindestens eine Energiestrahl auf die Testfläche einwirkt.
Insbesondere kann die Messvorrichtung mindestens ein lichtempfindliches Oberflächenelement, auch als Photosite, Pixel oder Sensel bezeichnet, eine lichtempfindliche Diode, insbesondere eine Fotodiode, oder eine andere lichtempfindliche Vorrichtung umfassen. Insbesondere kann die Messvorrichtung ein einzelnes Pixel oder eine Ansammlung von Pixeln, z. B. eine Pixelzeile oder ein Pixelarray, umfassen. In einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Fotodiode, einem Quadrantensensor, einer Kamera, und einer Kombination aus mindestens zwei der genannten Messvorrichtungen.
Unter einem Quadrantensensor wird insbesondere ein Sensor mit einer Mehrzahl an Fotodioden, insbesondere vier Fotodioden, verstanden. In einer Ausgestaltung unterscheiden sich die verschiedenen Fotodioden in ihrer spektralen Empfindlichkeit, sodass mit den verschiedenen Fotodioden remittierte Strahlung in verschiedenen Wellenlängenbereichen erfasst werden kann. Wird als Messvorrichtung eine Kamera verwendet, ist dies bevorzugt eine Kamera mit einer geringen Anzahl an Pixeln, insbesondere weniger als zehn Pixeln.
Alternativ kann in einem anderen Ausführungsbeispiel als die Messvorrichtung der Überwachungsvorrichtung aber auch eine Flächenkamera oder ein anderer Sensor verwendet werden, der oder die einen größeren Ausschnitt des Arbeitsbereichs, insbesondere den gesamten Arbeitsbereich, zugleich erfasst.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Steuervorrichtung für eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit der Steuervorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial geschaffen wird, die mindestens eine Strahlerzeugungsvorrichtung aufweist, wobei die Strahlerzeugungsvorrichtung eingerichtet ist, um mindestens einen Energiestrahl zu erzeugen. Die Fertigungsvorrichtung weist außerdem mindestens eine Scannervorrichtung auf, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich lokal selektiv mit dem mindestens einen Energiestrahl zu bestrahlen, um mittels des mindestens einen Energiestrahls mindestens ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Weiter weist die Fertigungsvorrichtung eine Überwachungsvorrichtung auf, die vorzugsweise eingerichtet ist zur Überwachung eines Schmelzbads des durch den mindestens einen Energiestrahl während des Fertigens eines Bauteils aufgeschmolzenen Pulvermaterials. Schließlich weist die Fertigungsvorrichtung eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung oder eine Steuervorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf. Die Überwachungsvorrichtung ist insbesondere eingerichtet, um von einer in dem Arbeitsbereich angeordneten Testfläche remittierte Strahlung zu erfassen. In Zusammenhang mit der Fertigungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren oder der Steuervorrichtung erläutert wurden.
In einer Ausführungsform weist die Fertigungsvorrichtung zusätzlich eine separat für das Testverfahren vorgesehene Strahlquelle zur Erzeugung eines weiteren Energiestrahls, insbesondere eines Pilot- oder Hilfsstrahls auf. Bevorzugt ist diese Strahlquelle ein Laser, beispielsweise ein Belichtungslaser oder ein Laserpointer.
Die Steuervorrichtung ist insbesondere mit der Scannervorrichtung und der Üb erwachungsvorri chtung wirkverbunden .
Die mindestens eine Scannervorrichtung weist bevorzugt mindestens einen Scanner, insbesondere einen Galvanometer-Scanner, Piezoscanner, Polygonscanner, MEMS-Scanner, und/oder einen relativ zu dem Arbeitsbereich verlagerbaren Arbeitskopf oder Bearbeitungskopf auf. Die hier vorgeschlagenen Scannervorrichtungen sind in besonderer Weise geeignet, die Energiestrahlen innerhalb des Arbeitsbereichs zwischen einer Mehrzahl an Bestrahlungspositionen zu verlagern.
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.
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.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung eine auf einer Strahlachse des Energiestrahls angeordnete Messvorrichtung aufweist, die insbesondere als Fotodiode, Quadrantensensor oder Kamera, ausgebildet ist.
Alternativ kann die Messvorrichtung der Überwachungsvorrichtung in einem anderen Ausführungsbeispiel aber auch eine Flächenkamera oder ein anderer Sensor sein, der oder die einen größeren Ausschnitt des Arbeitsbereichs, insbesondere den gesamten Arbeitsbereich, zugleich erfasst. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige
Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung zum Herstellen mindestens eines Bauteils.
Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fertigungsvorrichtung 1 zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial.
Die Fertigungsvorrichtung 1 weist mindestens eine Strahlerzeugungsvorrichtung 3 auf, die eingerichtet ist, um mindestens einen Energiestrahl 5, bevorzugt einen Laserstrahl, zu erzeugen. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist außerdem mindestens eine Scannervorrichtung 7 auf, die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich 9 lokal selektiv mit dem mindestens einen Energiestrahl 5 zu bestrahlen, um mittels des mindestens einen Energiestrahls 5 mindestens ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich 7 angeordneten Pulvermaterial herzustellen. Weiter weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine beispielsweise als Schmelzbad-Überwachungsvorrichtung ausgebildete Überwachungsvorrichtung 11 auf, die optional eingerichtet ist zur Überwachung eines Schmelzbads des durch den mindestens einen Energiestrahl 5 während des Fertigens eines Bauteils aufgeschmolzenen Pulvermaterials, wobei die Überwachungsvorrichtung 11 insbesondere eingerichtet ist, um von einer in dem Arbeitsbereich 9 angeordneten Testfläche 15 remittierte Strahlung 17 zu erfassen. Schließlich weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine Steuervorrichtung 13 auf, die insbesondere mit der Scannervorrichtung 7 und der Überwachungsvorrichtung 11 wirkverbunden und eingerichtet ist, um ein im Folgenden näher beschriebenes Verfahren zum Testen der Fertigungsvorrichtung 1 durchzuführen.
Dieses Testverfahren wird bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem auch zur Fertigung vorgesehenen mindestens einen Energiestrahl 5 durchgeführt. Es ist aber alternativ auch möglich, das Testverfahren mit einem separaten Energiestrahl durchzuführen, für den eine separate Strahlquelle, insbesondere ein Laser, beispielsweise ein Belichtungslaser oder ein Laserpointer, vorgesehen sein kann.
Die Überwachungsvorrichtung 11 weist bevorzugt eine auf einer Strahlachse A des Energiestrahls 5 angeordnete Messvorrichtung 19 auf. Die Messvorrichtung 19 weist bevorzugt mindestens ein lichtempfindliches Oberflächenelement, auch als Photosite, Pixel oder Sensel bezeichnet, eine lichtempfindliche Diode, insbesondere eine Fotodiode, oder eine andere lichtempfindliche Vorrichtung auf. Insbesondere kann die Messvorrichtung 19 ein einzelnes Pixel oder eine Ansammlung von Pixeln, z. B. eine Pixelzeile oder ein Pixelarray, umfassen. Bevorzugt ist die Messvorrichtung 19 ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Fotodiode, einem Quadrantensensor, einer Kamera, und einer Kombination aus mindestens zwei der genannten Me ssvorri chtungen .
Vorzugsweise weist die Scannervorrichtung 7 einen Umlenkspiegel 21 auf, über den der Energiestrahl 5 umgelenkt wird, wobei die Reflektivität des Umlenkspiegels 21 - insbesondere in einem Wellenlängenbereich der remittierten Strahlung, der von einer Wellenlänge des Energiestrahls 5 abweichen kann - kleiner ist als 100 %, sodass zumindest ein Anteil der entlang der optischen Achse A remittierten Strahlung 17 durch den Umlenkspiegel 21 hindurchtritt und auf die hinter dem Umlenkspiegel 21 angeordnete Messvorrichtung 19 fällt, wobei die remittierte Strahlung 17 vorzugsweise durch eine hier als eine einzelne Linse dargestellte Abbildungsoptik 23 auf die Messvorrichtung 19 abgebildet wird.
Im Rahmen des Verfahrens wird eine vorbestimmte Testfläche 15 mit dem Energiestrahl 7 bestrahlt, wobei von der Testfläche 15 remittierte Strahlung 17 durch die Überwachungsvorrichtung 11 erfasst wird. Die Fertigungsvorrichtung 1 wird auf der Grundlage der erfassten remittierten Strahlung 17 bewertet.
Als die vorbestimmte Testfläche 15 kann eine - insbesondere unbeschichtete - Substratplatte der Fertigungsvorrichtung 1 verwendet werden. Alternativ kann als die vorbestimmte Testfläche 15 eine noch nicht aufgeschmolzene Pulvermaterialschicht, insbesondere eine unmittelbar auf der Substratplatte angeordnete Pulvermaterialschicht oder eine oberste Pulvermaterialschicht einer geringen Anzahl unmittelbar auf der Substratplatte angeordneter Pulvermaterialschichten, verwendet werden.
Das Verfahren kann initial vor einem Fertigungsprozess durchgeführt werden, um die Fertigungsvorrichtung 1 zu testen. Vorzugsweise kann ein Benutzer das Verfahren manuell in einer Steuerung der Fertigungsvorrichtung 1 auswählen und/oder starten.
Es ist aber auch möglich, dass als die Testfläche 15 eine während eines Fertigungsprozesses - insbesondere über bereits aufgeschmolzenen Pulvermaterialschichten - frisch aufgetragene Pulvermaterialschicht verwendet wird. Auf diese Weise kann das Verfahren bedarfsweise auch während eines Fertigungsprozesses durchgeführt werden. Vorzugsweise kann der Fertigungsprozess hierfür von einem Benutzer unterbrochen und das Verfahren gestartet werden. Bevorzugt wird die Überwachungsvorrichtung 11 anhand der erfassten remittierten Strahlung 17 bewertet. Alternativ oder zusätzlich wird der Strahlengang des Energiestrahls 5 anhand der erfassten remittierten Strahlung 17 bewertet. Alternativ oder zusätzlich wird eine optische Komponente für den Energiestrahl 5 anhand der erfassten remittierten Strahlung 17 bewertet.
Als die optische Komponente kann insbesondere eine den Energiestrahl 5 beeinflussende, insbesondere strahlformende oder ablenkende Optik, beispielsweise eine Linse, ein Prisma oder ein Spiegel, ein Fenster oder ein Schutzglas bewertet werden.
Alternativ oder zusätzlich wird die Strahlerzeugungsvorrichtung 3 anhand der erfassten remittierten Strahlung 17 bewertet.
Bevorzugt wird der Energiestrahl 5 entlang eines vorbestimmten Strahlpfads über die vorbestimmte Testfläche 15 verlagert, wobei die remittierte Strahlung entlang des vorbestimmten Strahlpfads erfasst wird. Bevorzugt wird die Fertigungsvorrichtung 1 auf der Grundlage der entlang des vorbestimmten Strahlpfads erfassten remittierten Strahlung lokal bewertet.
Bevorzugt wird die remittierte Strahlung 17 punktweise, insbesondere eindimensional, oder in einer geringen Anzahl von insbesondere weniger als zehn, insbesondere weniger als fünf Pixeln, - insbesondere ortsabhängig - erfasst. Jedem Ort einer Verlagerung des Energiestrahls 5 wird so bevorzugt genau ein Signalwert oder zumindest eine geringe Zahl an Signalwerten zugeordnet. Ein solcher Signalwert ist insbesondere ein Helligkeitswert oder Intensitätswert.
Bevorzugt wird die Testfläche 15 mit einer Mehrzahl von Energiestrahlen 5 bestrahlt.
Vorzugsweise wird den Energie strahl en 5 jeweils zugeordnete remittierte Strahlung 17 von jeweils einer, dem jeweiligen Energiestrahl 5 zugeordneten Überwachungsvorrichtung 11 erfasst. Bevorzugt erfasst dabei insbesondere jede Überwachungsvorrichtung 11 einen lokalen Bereich auf der Testfläche 15, der durch den der jeweiligen Überwachungsvorrichtung 11 zugeordneten Energiestrahl 5 bestrahlt wird.
Es ist auch möglich, dass remittierte Strahlung 17 eines Energiestrahls 5 durch eine Überwachungsvorrichtung 11 erfasst wird, die einem anderen Energiestrahl 5 zugeordnet ist. Die zuvor genannten Vorgehensweisen können auch miteinander kombiniert werden: Wenn beispielsweise durch die einem bestimmten Energiestrahl 5 zugeordneten Überwachungsvorrichtung 11 eine Auffälligkeit festgestellt wird, kann dies durch eine einem anderen Energiestrahl 5 zugeordnete Überwachungsvorrichtung 11 überprüft und gegebenenfalls validiert oder verifiziert werden.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit von der Bewertung der Fertigungsvorrichtung 1 mindestens eine Maßnahme durchgeführt. Diese Maßnahme ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Reinigen einer optischen Komponente für den mindestens einen Energiestrahl 5, einer Kalibrierung der mindestens einen Strahl erzeugungsvorrichtung 3, einer Kalibrierung der Überwachungsvorrichtung 11, einer Leistungsmessung des mindestens einen Energiestrahls 5, einer Deaktivierung der mindestens einen Strahlerzeugungsvorrichtung 3, einer Identifikation eines Problembereichs auf der Testfläche 15, und einer Kombination aus mindestens zwei der genannten Maßnahmen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass, wenn auf der Testfläche 15 ein Problembereich identifiziert wird, ein dem Problembereich zugeordneter Teilbereich des Arbeitsbereichs 9 der Fertigungsvorrichtung 1 aus einer Fertigungsplanung zur Herstellung mindestens eines Bauteils herausgenommen wird.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Testen einer Fertigungsvorrichtung (1) zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial, wobei eine vorbestimmte Testfläche (15) mit mindestens einem Energiestrahl (5) bestrahlt wird, wobei von der Testfläche (15) remittierte Strahlung (17) durch mindestens eine Überwachungsvorrichtung (11) erfasst wird, und wobei die Fertigungsvorrichtung (1) auf der Grundlage der erfassten remittierten Strahlung (17) bewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Energiestrahl (5) durch eine Strahlerzeugungsvorrichtung (3) der Fertigungsvorrichtung erzeugt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei anhand der erfassten remittierten Strahlung (17) die mindestens eine Überwachungsvorrichtung (11), ein Strahlengang des mindestens einen Energiestrahls (5), eine optische Komponente für den mindestens einen Energiestrahl (5), oder die mindestens eine Strahlerzeugungsvorrichtung (3) bewertet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Energiestrahl (5) entlang eines vorbestimmten Strahlpfads über die vorbestimmte Testfläche (15) verlagert wird, wobei die remittierte Strahlung (17) entlang des vorbestimmten Strahlpfads erfasst wird, und wobei optional die Fertigungsvorrichtung (1) auf der Grundlage der entlang des vorbestimmten Strahlpfads erfassten remittierten Strahlung (17) lokal bewertet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Testfläche (15) mit einer Mehrzahl von Energie strahl en (5) bestrahlt wird, wobei optional den Energiestrahlen (5) jeweils zugeordnete remittierte Strahlung (17) von jeweils einer, dem jeweiligen Energiestrahl (5) zugeordneten Überwachungsvorrichtung (11) erfasst wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von der Bewertung der Fertigungsvorrichtung (1) mindestens eine Maßnahme durchgeführt wird, die optional ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Reinigen einer optischen Komponente für den mindestens einen Energiestrahl (5), einer Kalibrierung der mindestens einen Strahlerzeugungsvorrichtung (3), einer Leistungsmessung des mindestens einen Energiestrahls (5), einer Deaktivierung der mindestens einen Strahlerzeugungsvorrichtung (3), einer Identifikation eines Problembereichs auf der Testfläche (15), und einer Kombination aus mindestens zwei der genannten Maßnahmen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei, wenn auf der Testfläche (15) ein Problembereich identifiziert wird, ein dem Problembereich zugeordneter Teilbereich eines Arbeitsbereichs (9) der Fertigungsvorrichtung (1) aus einer Fertigungsplanung zur Herstellung mindestens eines Bauteils herausgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als die Überwachungsvorrichtung (11) eine auf einer Strahlachse (A) eines Energiestrahls (5) der Fertigungsvorrichtung (1) angeordnete Messvorrichtung (19), insbesondere eine Fotodiode, ein Quadrantensensor oder eine Kamera, verwendet wird.
9. Steuervorrichtung (13) für eine Fertigungsvorrichtung (1) zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Fertigungsvorrichtung (1) zum additiven Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial, mit
- mindestens einer Strahlerzeugungsvorrichtung (3), die eingerichtet ist zum Erzeugen von mindestens einem Energiestrahl (5),
- mindestens einer Scannervorrichtung (7), die eingerichtet ist, um einen Arbeitsbereich (9) lokal selektiv mit dem mindestens einen Energiestrahl (5) zu bestrahlen, um mittels des mindestens einen Energiestrahls (5) mindestens ein Bauteil aus dem in dem Arbeitsbereich (9) angeordneten Pulvermaterial herzustellen, einer Überwachungsvorrichtung (11), die vorzugsweise eingerichtet ist zur Überwachung eines Schmelzbads des durch den mindestens einen Energiestrahl (5) während des Fertigens eines Bauteils aufgeschmolzenen Pulvermaterials, und mit einer Steuervorrichtung (13) nach Anspruch 9.
11. Fertigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die Überwachungsvorrichtung (11) als eine auf einer Strahlachse (A) des mindestens einen Energiestrahls (5) angeordnete Messvorrichtung (19), insbesondere als Fotodiode, Quadrantensensor oder Kamera, ausgebildet ist.
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