BEI DER GENERATIVEN FERTIGUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren der, insbesondere laserbasierten, generativen Fertigung von dreidimensional erzeugten Bauteilen, die insbesondere Übergänge zwischen spezifischen Bestrahlungsstrategien zugeordneten Oberflächenbereichen aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur generativen Fertigung.

Die laserbasierte generative Fertigung von, insbesondere metallischen oder keramischen, Bau- teilen basiert auf einem Verfestigen eines auf einer Bauplattform, z. B. in Pulverform vorlie- genden, Ausgangsmaterials durch die Bestrahlung mit Faserlicht. Dieses Konzept - auch als selektives Faserschmelzen (SEM: selective laser melting) oder als Pulverbettfusion bekannt - wird unter anderem in Maschinen für den (metallischen) 3D-Druck eingesetzt. Im Fall des auf einem metallischen Pulver basierenden 3D-Drucks spricht man auch von Faser-Metal-Fusion (FMF)- Anlagen. Eine beispielhafte Maschine zur generativen Fertigung von dreidimensiona len Produkten ist in der europäischen Patentanmeldung EP 2 732 890 A2 der Sisma S.p.A. offenbart. Die Vorteile der generativen Fertigung sind allgemein eine einfache Herstellung von komplexen und individuell erstellbaren Teilen.

Die hierin offenbarten Aspekte beziehen sich insbesondere auf die Auswirkung des generati ven Fertigungsprozesses auf die Oberfläche sowie auf oberflächennahe Bereiche eines Bau teils. Diese auch als Hülle (oder„Skin”) bezeichneten oberflächennahe Bereiche umfassen Bereiche an der Oberseite, an der Unterseite und an den Seiten eines Werkstücks. Die oberflä- chennahen Bereiche werden hierin entsprechend auch als Upskin-Bereiche (Hüllenbereiche auf der Einfallsseite eines üblicherweise von oben eingestrahlten Faserstrahls), Downskin- Bereiche (Hüllenbereiche auf der dem Faserstrahleinfall abgewandten Seite) und Sideskin- (oder Inskin-) Bereiche (Hüllenbereiche, die sich im Wesentlichen entlang der Faserstrahlrich tung erstrecken) untergliedert.

Beispielsweise wird in Kapitel I "Additive Manufacturing of Al Alloys and Aluminium Ma trix Composites (AMCs)" des Buchs "Fight Metal Alloys Applications" (ISBN 978-953-51- 1588-5; 11. Juni 2014) eine derartige Klassifizierung in derartige Bereiche und die Zuordnung verschiedener Parameter zu den Bereichen beschrieben.

l Ein Downskin-Bereich des Bauteils erstreckt sich allgemein dort, wo der entstehende Bauteil- abschnitt in Laserstrahlrichtung auf Pulver erzeugt wird. Ein Upskin-Bereich des Bauteils wird in nachfolgenden Beschichtungsprozessen mit Pulver bedeckt, das nicht bestrahlt wird. Ein Upskin-Bereich bildet üblicherweise eine Oberfläche des Bauteils auf der Seite des Laser strahleinfalls. Ein Downskin-Bereich erstreckt sich beispielsweise entlang der Unterseite des Werkstücks, hier im Sinne der ersten bestrahlten Lagen, oder entlang der Unterseite eines Überhangbereichs des Bauteils. Ein Sideskin-Bereich stellt einen seitlichen Rand des Bauteils dar, der durch das laterale Ausmaß der Bestrahlung in der Schichtebene gegeben ist. Entspre chend grenzt er seitlich an unbestrahltes Pulver. Die Hüllenbereiche umschließen den inneren Bereich des Bauteils oder eines Abschnitts desselben. Dieser wird oft auch als Kern (oder „Core”) des Bauteils bezeichnet.

Die Auswirkungen des generativen Fertigungsprozesses auf diese oberflächennahen Bereiche betreffen beispielsweise die Stabilität, Formtreue und Oberflächenqualität des Bauteils. Diese Auswirkungen werden zum einen durch die Bestrahlungsstrategie und zum anderen durch die geometrischen Aspekte des Verlaufs der Oberfläche (Ausrichtung bezüglich Schichtebene) bestimmt. Vorausgesetzt wird, dass ein Bauteil mit einer geplanten Geometrie derart gefertigt werden kann, dass es den jeweiligen Produktanforderungen gerecht wird. Beim Aufbau von LMF-Bauteilen aus Stählen durch pulverbettbasiertes Laserschmelzen sind beispielsweise überhängende Oberflächen mit (Überhang-) Winkeln unterhalb eines sogenannten kritischen Winkels (z. B. von unter ca. 60° bzgl. der Senkrechten) bezüglich einer Schichtebene oft nur mit Qualitätsabschlägen herstellbar.

Ein beispielhafter Ansatz zur Gewährleistung einer hohen Formtreue bei der Bestrahlung von Schichten im Überhangbereich wird in der EP 3 127 635 Al der Anmelderin beschrieben. Dabei wird in jeder Schicht des Überhangbereichs in der Nähe der Bauteilkontur insbesondere im Downskin-Bereich die Belichtungsenergie herabgesetzt. Das Herabsetzen der Belichtungs energie beim Bestrahlen einer Schicht kann dabei in Stufen und überhangwinkelabhängig vor genommen werden. Ein weiterer Ansatz wird in der PCT-Anmeldung PCT/EP2018/073788 mit Anmeldetag 4. September 2018 der Anmelderin sowie nachfolgend in zusammengefasster Form offenbart.

Die Bestimmung der Parameter eines generativen Fertigungsprozesses, hierin auch kurz als (lokale) Bestrahlungsstrategie bezeichnet, für ein spezifisches Pulver erfolgt in speziellen Prüfverfahren. Relevant sein können hierbei bspw. die Materialart, Korngrößenverteilung und Komform des Pulvers. Dabei wird beispielsweise die einzubringende Energiedichte bestimmt. Das allgemeine Ziel bei der Bestimmung der Parameter eines generativen Fertigungsprozesses ist es dabei, bei der Fertigung einen hochenergetischen Faserstrahl mit hoher Scangeschwin digkeit einzusetzen, um eine ausreichend hohe Geschwindigkeit im Fertigungsprozess zu er reichen. Bei einem Bauteil können dabei die Parameter des generativen Fertigungsprozesses je nach zu bestrahlendem Bereich, z. B. Upskin-Bereiche, Downskin-Bereiche, Sideskin- Bereiche oder Core-Bereiche, spezifisch angepasst werden.

Mit Blick auf die Energiedichten, die in die einzelnen Bereiche einzubringen sind, können in derartigen Prüfverfahren Parameter wie Faserenergie/-leistung, Fokusdurchmesser und -form und/oder Scangeschwindigkeit eines Faserstrahls sowie die aufgetragene Schichtdicke des Pulvers, allgemein eine Bestrahlungsenergie für jeden der Bereiche definiert werden. Der Übergang zwischen Upskin-, Downskin- und Sideskin-Bereichen wird üblicherweise anhand einer Orientierung der Oberfläche, insbesondere eines Winkels des Oberflächenverlaufs, fest gelegt. Beispielsweise kann ein sogenannter kritischer Winkel bestimmt werden, ab dem z. B. Stützstrukturen notwendig werden, so dass bei dem kritischen Winkel ein Wechsel in der Be strahlungsstrategie erfolgt.

Die Prüfverfahren basieren üblicherweise auf einem Testfertigungsvorgang, bei dem auf einer Grundplatte eine Mehrzahl von gleichen Prüfobjekten erstellt wird, wie es z. B. in der bereits erwähnten PCT-Anmeldung PCT/EP2018/073788 der Anmelderin beschrieben wird. Um die geeignete Energiedichte in einem Kembereich und einem Downskin-Bereich des Prüfobjekts zu bestimmen, kann für eine spezifische Prüfobjektstruktur beispielsweise ausgehend von ei nem 100%- Wert einer vorgegebenen Energiedichte eine stufenweise Energiedichtereduzie rung bei gleichbleibender Schichtdicke vorgenommen werden. Diese Parameter kann der Be treiber von Maschinen für die generative Fertigung, aber auch der Pulverlieferant oder der Maschinenhersteller für den Betreiber ermitteln.

Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein generatives Fertigungsver- fahren vorzuschlagen, das die Oberflächenqualität und/oder mechanische Eigenschaften beim Wechsel zwischen zwei Bestrahlungsstrategien, insbesondere bei Übergängen zwischen spezi fischen Bestrahlungsstrategien zugeordneten Oberflächenbereichen, beeinflusst. Insbesondere wird bevorzugt in Übergangsbereichen eine Erkennbarkeit eines Wechsels zwischen zwei Bestrahlungsstrategien reduziert oder sogar vermieden.

Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Verfahren zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Pulver nach Anspruch 1 oder 2, durch eine Ferti gungsvorrichtung zur generativen Fertigung nach Anspruch 14 und ein Bauteil nach Anspruch 15. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In einem ersten Aspekt umfasst ein Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Pulver die Schritte:

Identifizieren eines ersten Unterbereichs und eines zweiten Unterbereichs in einem Hüllenbereich eines Schichtstrukturmodels des zu fertigenden Bauteils, wobei den Unterbe- reichen entsprechend eine erste Zone und eine zweite Zone auf der Oberfläche des Bauteils zugeordnet ist und die Zonen der Unterbereiche aneinander angrenzen,

Zuordnen einer ersten Bestrahlungsstrategie zu dem ersten Unterbereich als erste zo- nenspezifische Bestrahlungsstrategie und einer zweiten Bestrahlungsstrategie zu dem zweiten Unterbereich als zweite zonenspezifische Bestrahlungsstrategie,

Bestimmen eines Übergangsbereichs von der ersten Zone zur zweiten Zone, der anei- nander angrenzende Grenzabschnitte der Zonen umfasst,

Bestimmen von Teilbereichen der Schichten im Hüllenbereich, die die Oberfläche des dreidimensionalen Bauteils im Übergangsbereich ausbilden,

Festlegen

eines Wechsels von der ersten zonenspezifischen Bestrahlungsstrategie zu der zweiten zonenspezifischen Bestrahlungsstrategie innerhalb der Teilbereiche der Schichten derart, dass eine räumliche Position des Wechsels auf der Oberfläche des Bauteils im Übergangsbereich in einer Abfolge von benachbarten Schichten bidirektional variiert, und/oder

der Bestrahlungsstrategie innerhalb der Teilbereiche der Schichten in einer Ab- folge von benachbarten Schichten und/oder Gruppen von Schichten entlang der Schichtaufbaurichtung derart, dass mehrfach zwischen der ersten und der zwei- ten zonenspezifischen Bestrahlungsstrategie entlang der Schichtaufbaurichtung hin- und hergewechselt wird, und

Erzeugung des dreidimensionalen Bauteils, wobei in den Teilbereichen das Pulver mit den festgelegten Bestrahlungsstrategien bestrahlt wird. In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zur generativen Fertigung eines dreidimensi- onalen Bauteils aus einem Pulver, wobei das Bauteil durch selektives Laserschmelzen auf ei- ner Bauplattform gefertigt wird, die Schritte:

Unterteilen eines Schichtstrukturmodels des zu fertigenden Bauteils in einen Kembe- reich und einen Hüllenbereich, wobei der Hüllenbereich einen Abschnitt der Oberfläche des dreidimensionalen Bauteils ausbildet, der mindestens zwei aneinander angrenzende Zonen aufweist, denen mindestens zwei Bestrahlungsstrategien zugeordnet sind, wobei jeder der Zo- nen eine der Bestrahlungsstrategien als zonenspezifische Bestrahlungsstrategie zugeordnet ist und

in einem die Oberfläche des dreidimensionalen Bauteils formenden Übergangsbereich zweier aneinander angrenzenden Zonen

ein Wechsel zwischen den zonenspezifischen Bestrahlungsstrategien innerhalb einer Schicht derart vorgenommen wird, dass eine räumliche Position des Wechsels in einer Abfolge von benachbarten Schichten bidirektional variiert, und/oder

ein mehrfaches Hin- und Zurückwechseln zwischen den zonenspezifischen Bestrahlungsstrategien in einer Abfolge von benachbarten Schichten entlang der Schichtauf- baurichtung vorgenommen wird, und

Durchführen eines sequentiellen Auftragens von Pulverschichten auf der Bauplattform und Bestrahlung der Pulverschichten mit den zonenspezifischen Bestrahlungsstrategien im Hüllenbereich.

Beispielweise können dabei mindestens zwei aneinander angrenzenden Zonen mindestens eine Bestrahlungszone für den Hüllenbereich und eine Bestrahlungszone für einen Abschnitt, der mit einem Bestrahlungsvorgang gemäß dem Kembereich erzeugt wird, umfassen. Ferner können die mindestens zwei aneinander angrenzenden Zonen Upskin-, Downskin- und/oder Inskin-Zonen umfassen.

In einigen Ausführungsformen des Verfahrens können der den Zonen zugeordnete Hüllenbe- reich außerhalb des dem Übergangsbereich zugeordneten Unterbereichs mit den zonenspezifi schen Bestrahlungsstrategien erzeugt werden.

In einigen Ausführungsformen kann die räumliche Position des Wechsels und/oder das Hin- und Zurückwechseln durch Zuordnung von Übergangsparametem, insbesondere von Zonen- übergangswinkeln in einem Winkelbereich um einen vorbestimmten Übergangswinkel, be- wirkt werden. Die Zuordnung kann insbesondere durch einen Zufallsalgorithmus oder nach einem vorgegebenen Muster erfolgen.

In einigen Ausführungsformen kann die Zuordnung der Bestrahlungsstrategien als zonenspe- zifische Bestrahlungsstrategien auf einem Übergangsparameter basieren, der insbesondere den Verlauf der Oberfläche im Bereich der Zone im Vergleich zu einer Schichtebene berücksich tigt. Die räumliche Position des Wechsels und/oder das Hin- und Zurückwechseln im Über gangsbereich kann durch Zuordnung von unterschiedlichen Übergangsparametem bewirkt werden. Insbesondere können den Teilbereichen der Schichten im Hüllenbereich, die die Oberfläche des dreidimensionalen Bauteils im Übergangsbereich ausbilden, unterschiedliche Übergangsparameter zugeordnet werden. Die unterschiedlichen Übergangsparameter können Zonenübergangswinkel in einem Winkelbereich um einen vorbestimmten Übergangswinkel sein. Die Zuordnung der unterschiedlichen Übergangsparameter kann durch einen Zufallsalgo rithmus, der insbesondere einen Zonenübergangswinkel in einem Winkelbereich um einen vorbestimmten Übergangswinkel ausgibt, oder nach einem vorgegebenen Muster erfolgen.

In einigen Ausführungsformen kann die räumliche Position des Wechsels und/oder das Hin- und Zurückwechseln bewirkt werden durch

Zuordnung eines vorbestimmten Übergangswinkels,

Ableiten der sich aus dem vorbestimmten Übergangswinkel ergebenden Zonen und

Vergrößern oder Verkleinern der aus dem vorbestimmten Übergangswinkel abgeleite ten Zonen. Die sich aus dem vorbestimmten Übergangswinkel ergebenden Zonen können die Abschnitte der Teilbereichen der Schichten im Hüllenbereich bestimmen, die gemäß dem vor bestimmten Übergangswinkel mit einer der zonenspezifischen Bestrahlungsstrategien zu be strahlen wären, und das Vergrößern oder Verkleinern der aus dem vorbestimmten Übergangs- winkel abgeleiteten Zonen ein Vergrößern oder Verkleinern der Abschnitte der Teilbereiche in den einzelnen Schichten umfasst. Das Vergrößern oder Verkleinern der sich aus dem Über- gangswinkel ergebenden Zonen kann in den Schichten durch einen Zufallsalgorithmus oder nach einem vorgegebenen Muster im Übergangsbereich erfolgem.

In einigen Ausführungsformen kann im Schichtstrukturmodell eine Schicht in, insbesondere rechteckige, Bestrahlungsfelder (7lk, 73k, 7lr, 73r) unterteilt werden. Diese werden dann mit einer zugeordneten Bestrahlungsstrategie bestrahlt. In einigen Ausführungsformen kann im Übergangsbereich bezüglich eines Wechsels zwischen Bestrahlungsstrategien (wobei der Wechsel anhand eines für eine Bestrahlungsstrategie zuläs- sigen Oberflächenverlaufs bestimmt wird, beispielsweise durch ein kritischen Winkel gegeben ist), innerhalb einer Schicht in Richtung der angrenzenden Zone mindestens ein, mindestens fünf oder sogar mindestens 10 oder mehr (je nach der Größe der Bestrahlungsfelder) Bestrah lungsfelder insbesondere im Hüllenbereich für die Bestrahlung gemäß einer zonenspezifischen Bestrahlungsenergie hinzugenommen oder entfernt werden.

In einem weiteren Aspekt weist eine Fertigungsvorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Pulver auf:

einen eine Arbeitsfläche bereitstellenden Fertigungsraum, der einen Plattformbereich umfasst,

einen Bauzylinder, der einen in der Höhe verfahrbaren Träger aufweist, auf dem das dreidimensionale Bauteil auf einer Oberfläche einer Bauplattform schichtweise hergestellt werden soll,

eine Schieb evorrichtung mit einem Beschichter zum Erzeugen von Pulverschichten mit dem Pulver im Plattformbereich,

ein Bestrahlungssystem zur Erzeugung eines Strahls für die Bestrahlung der Pulver schichten im Plattformbereich zum schichtweisen Herstellen des dreidimensionalen Bauteils und

eine Steuerungseinheit, die basierend auf Bestrahlungsdaten eines Bestrahlungsplans des dreidimensionalen Bauteils die Fertigung des dreidimensionalen Bauteils nach einem der vorausgehend skizzierten Verfahren steuert.

In einem weiteren Aspekt weist Bauteil, das generativ aus einem Pulver durch selektives La serschmelzen gefertigt wurde, auf

einen Hüllenbereich, wobei der Hüllenbereich zumindest einen Abschnitt der Oberflä che des dreidimensionalen Bauteils ausbildet, der mindestens zwei aneinander angrenzende Zonen aufweist, denen mindestens zwei Bestrahlungsstrategien zugeordnet sind, wobei jeder der Zonen eine der Bestrahlungsstrategien als zonenspezifische Bestrahlungsstrategie zuge ordnet ist. In einem die Oberfläche des dreidimensionalen Bauteils formenden Übergangsbe reich zweier aneinander angrenzenden Zonen kann ein Wechsel zwischen den zonenspezifi schen Bestrahlungsstrategien innerhalb einer Schicht derart vorgenommen werden, dass eine räumliche Position des Wechsels in einer Abfolge von benachbarten Schichten bidirektional variiert. Zusätzlich oder alternativ kann ein mehrfaches Hin- und Zurückwechseln zwischen den zonenspezifischen Bestrahlungsstrategien in einer Abfolge von benachbarten Schichten entlang der Schichtaufbaurichtung vorgenommen werden.

Hierin ist unter einem Schichtstrukturmodell die Untergliederung eines zu fertigenden dreidi- mensionalen Bauteils in einer Abfolge von Schichten mit spezifischen Ausmaßen zu verste- hen, wobei die Ausmaße der Schichten, d.h. bei der Fertigung das Ausmaß des jeweils zu be- strahlenden Bereichs einer zugehörigen Pulverschicht, durch die Geometrie des Bauteils ge geben sind. Die Konturen der Schichten, und damit insbesondere die Randverläufe der be- strahlten Bereiche der Pulverschichten, definieren die Oberfläche des Bauteils. Dem Bauteil sind somit im Schichtstrukturmodell Schichten zugeordnet, gemäß denen Pulverschichten bei der generativen Fertigung bis an die vorgegebene und auszubildende Oberfläche des Bauteils bestrahlt werden. (In einigen Bestrahlungsstrategien muss nicht jede der Schicht des

Schichtstrukturmodells bis an die Oberfläche des Bauteils heran bestrahlt werden, wie bei- spielhaft in Zusammenhang mit den Figuren für eine schichtselektive Belichtung im Hüllenbe- reich erläutert wird.)

Für die Bestrahlung der Schichten können mehrere Bestrahlungsstrategien vorgesehen wer den, die jeweils an die verschiedenen Parameter des Schichtstrukturmodells, des verwendeten Pulvers und der Laserstrahlquelle und insbesondere an Bereiche des Bauteils (Kembereich oder Hüllenbereich) angepasst sind. Die hierin offenbarten Konzepte betreffen nun insbeson dere ein Schichtstrukturmodell, bei dem ein Abschnitt der Oberfläche eines Bauteils mindes tens zwei Zonen aufweist, wobei die den Zonen zugeordneten Schichten/Schichtabschnitte im Hüllenbereich (primär) mit zonenspezifischen Bestrahlungsstrategien gefertigt/belichtet wer den. So sind zwei aneinander angrenzenden Zonen zwei Bestrahlungsstrategien zugeordnet, wobei jeder der Zonen eine der Bestrahlungsstrategien als zonenspezifische Bestrahlungsstra tegien zugeordnet ist. Diese wird hierin auch als primäre Bestrahlungsstrategie einer Zone bezeichnet. Erfindungsgemäß wird nun in einem Übergangsbereich zwischen zwei aneinander angrenzenden Zonen die Zuordnung einer Bestrahlungsstrategie zur jeweiligen primären Be strahlungsstrategie gelockert. Dadurch ergibt sich ein Ineinandergreifen der Bestrahlungsstra tegien im Übergangsbereich, wodurch unter anderem das optische Erscheinungsbild des Wechsels zwischen den Zonen geglättet werden kann. Diesem Ansatz liegt zugrunde, dass bei der Zuordnung von Bestrahlungsstrategien zu den Schichten des Schichtstrukturmodells nur eine begrenzte Anzahl von Bestrahlungsstrategien verwendet werden soll, um die Änderung von Parametern des Fertigungsprozesses gering zu halten.

Zonen, die mit einer primären Bestrahlungsstrategie gefertigt werden sollen, umfassen bei- spielsweise in Schichtrichtung mindestens 10, mindestens 50 oder mindestens 100 Schichten. Beispielsweise kann sich die Anzahl der Schichten in Schichtrichtung durch einen oder meh rere (kritische) Winkel ergeben, die einer Bestrahlungsstrategie zugrunde liegen, wobei sich die Winkel auf die Orientierung der Oberfläche bezüglich der Schichtebene beziehen. Je nach Oberflächenverlauf kann sich eine Zone auch über die gesamte Höhe eines Bauteils (also über alle Schichten) erstrecken; dies kann beispielsweise im Bereich einer planen Oberfläche einer senkrechten oder gekippten Seitenwand der Fall sein. In den meisten Fällen werden Zonen (und entsprechend auch Übergangsbereiche) in Schichtrichtung üblicherweise mehrere hun dert Schichten aufweisen. Entsprechend werden Bauteile in diesen Zonen durch Bestrahlen von aneinandergrenzenden Schichten/Schichtabschnitte mit einer Bestrahlungsstrategie herge stellt. Die Herstellung der entsprechenden Schichten im Übergangsbereich kann dabei mit den hierin offenbarten Konzepten erfolgen.

Beispielsweise können in einem Überhangbereich (Downskin-Bereich) bei einem Oberflä chenverlauf in einem Winkelbereich von 0° bis 30°, von 30° bis 45° und von 45° bis 90° je weils eine spezifische Bestrahlungsstrategie vorgesehen werden. Ferner können beispielsweise für den Sideskin-Bereich und für den Upskin-Bereich zwei weitere Bestrahlungsstrategien vorgesehen werden. Somit ergeben sich beispielsweise fünf primäre Bestrahlungsstrategien für die fünf Zonen.

Übergänge zwischen den Zonen werden (z. B. mit Blick auf das Erscheinungsbild der Ober fläche des Bauteils) mit den hierin vorgeschlagenen Konzepten zum Wechseln zwischen zo nenspezifischen Bestrahlungsstrategien ausgebildet.

Ferner können Downskin-Bereiche, Sideskin-Bereiche und Upskin-Bereiche auch mehr Be strahlungsstrategien berücksichtigen, wobei die Anzahl der eingesetzten Bestrahlungsstrate gien wie erwähnt in die notwendige Änderung der Parameter des Fertigungsprozesses eingeht und diesen somit aufwendiger gestaltet. Dabei liegt die Anzahl der umzusetzenden Bestrah- lungsstrategien, wenn möglich, bei 10 und kleiner, eventuell auch bei 20 und kleiner. Je nach Größe und Formgebung des Bauteils können sogar bei bis zu 50 Bestrahlungsstrategien die hierin beschriebenen Konzepte umgesetzt werden.

Ein Übergangsbereich auf der Oberfläche kann sich zum einen in Richtung der Schichtebene und zum anderen in Richtung des Schichtaufbaus erstrecken. Im Übergangsbereich kann nun erfindungsgemäß ein Verzahnen der Zonen vorgenommen werden, in dem die zonenspezifi schen Bestrahlungsstrategien ineinandergreifen. Ändert sich zum Beispiel eine Orientierung der Oberfläche in einem Downskin-Bereich wie bei einem schräggestellten Zylinder kontinu- ierlich, würde sich bei einem festen Winkel für den Wechsel zwischen zwei zonenspezifischen Bestrahlungsstrategien der Wechsel an der Oberfläche durch eine gleichmäßig gekrümmte oder auch gerade Linie zeigen. Auf der einen Seite der Linie würde die eine und auf der ande- ren Seite die andere Bestrahlungsstrategie angewandt werden.

Ein Verzahnen kann nun dadurch bewirkt werden, dass in einem die Oberfläche des Bauteils formenden Übergangsbereich zweier aneinander angrenzenden Zonen ein Wechsel zwischen den zonenspezifischen Bestrahlungsstrategien innerhalb einer Schicht derart vorgenommen wird, dass eine räumliche Position des Wechsels in einer Abfolge von benachbarten Schichten bidirektional variiert. Hierbei bezieht sich die Position auf das dem Lertigungsprozess zugrun deliegende Koordinatensystem, im Speziellen die Position in der Schichtebene. Variiert diese Position des Wechsels von Schicht zu Schicht, bildet sich keine gleichmäßige Linie aus, was eine Verzahnung der Bestrahlungsstrategien anzeigt.

Zusätzlich oder alternativ kann je nach Ausrichtung und Verlauf der Oberfläche ein mehrfa ches Hin- und Zurückwechseln zwischen den zonenspezifischen Bestrahlungsstrategien in einer Abfolge von benachbarten Schichten entlang der Schichtaufbaurichtung erfolgen. Dies führt insbesondere bei gekrümmten Oberflächen, bei denen innerhalb einer Schichtebene kei ne unterschiedlichen Bestrahlungsstrategien verwendet werden, zu einem Wechsel in der Be strahlungsstrategie zwischen einer oder mehreren Lagen von Schichten. Dies ist beispielswei se der Lall, wenn im Bereich des Übergangsbereichs keine Krümmung der Kontur in der Schichtebene vorliegt. Im Zusammenhang mit den zuvor eingeführten Konzepten bezieht sich der Einsatz der Be- strahlungsstrategie auf den Hüllenbereich, der an die Oberfläche im Bereich der jeweiligen Zone angrenzt.

In einem weiteren Aspekt weist ein Verfahren zur generativen Fertigung eines dreidimensio- nalen Bauteils aus einem Pulver die folgenden Schritte auf:

- Unterteilen eines Schichtstrukturmodels des zu fertigenden Bauteils in einen Kernbereich und einen an den Kembereich angrenzenden Hüllenbereich, wobei der Hüllenbereich zumin dest einen Abschnitt der Oberfläche des dreidimensionalen Bauteils ausbildet, und

- Durchführen eines schichtbasierten Bestrahlungs Vorgangs auf Grundlage des Schichtstruk turmodells, bei dem eine Dichte von bestrahlten Pulverschichten im Hüllenbereich niedriger ist als im in Schichtebenenrichtung angrenzenden Kembereich, wobei die Dichte durch die Anzahl von bestrahlten Schichten in Richtung der Normalen der Pulverschichten pro Längen einheit gegeben ist.

In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zur generativen Fertigung eines dreidimensi onalen Bauteils aus einem Pulver, wobei das Bauteil eine Überhangstruktur aufweist und durch selektives Laserschmelzen auf einer Bauplattform gefertigt wird, die folgenden Schrit ten:

- Bereitstellen eines Bestrahlungsplans basierend auf einem Schichtmodel des dreidimensiona len Bauteils, wobei das Schichtmodel eine Sequenz von Schichten umfasst, denen jeweils eine schichtspezifische Kontur des Bauteils zugeordnet ist, wobei die Sequenz eine erste Unter gruppe von Schichten und eine zweite Untergruppe von Schichten umfasst, die ineinander verschachtelt sind, und wobei bei der ersten Untergruppe von Schichten im Bereich der Über hangstruktur eine Bestrahlung des Pulvers bis zur Kontur geplant ist, und bei der zweiten Un tergruppe von Schichten im Bereich der Überhangstruktur eine Bestrahlung des Pulvers nur bis zu einem Abstand von der Kontur geplant ist, und

- Durchführen eines sequentiellen Auftragens von Pulverschichten auf der Bauplattform und Bestrahlung der Pulverschichten mit Bestrahlungsparametem des Laserstrahls gemäß dem Bestrahlungsplan.

In einem weiteren Aspekt umfasst eine Fertigungsvorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Pulver einen eine Arbeitsfläche bereitstellenden Ferti gungsraum, der einen Plattformbereich umfasst, und einen Bauzylinder, der einen in der Höhe verfahrbaren Träger aufweist, auf dem das dreidimensionale Bauteil auf einer Oberfläche ei- ner Bauplattform schichtweise hergestellt werden soll. Ferner umfasst die Fertigungs Vorrich tung eine Schiebevorrichtung mit einem Beschichter zum Erzeugen von Pulverschichten mit dem Pulver im Plattformbereich, ein Bestrahlungssystem zur Erzeugung eines Strahls für die Bestrahlung der Pulverschichten im Plattformbereich zum schichtweisen Herstellen des drei- dimensionalen Bauteils und eine Steuerungseinheit, die basierend auf Bestrahlungsdaten eines Bestrahlungsplans des dreidimensionalen Bauteils die Fertigung des dreidimensionalen Bau- teils nach einem wie hierin beschriebenen Verfahren steuert. Dabei können die Bestrahlungs- daten zu bestrahlende Bereiche der Pulverschichten definieren, die zu bestrahlenden Bereiche können einen Hüllenbereich und einen Kembereich umfassen und eine Dichte von bestrahlten Pulverschichten im Hüllenbereich kann niedriger sein als im Kembereich.

In einem weiteren Aspekt weist ein Bauteil, das generativ aus einem Pulver durch selektives Laserschmelzen gefertigt wurde, einen Kembereich und einen Hüllenbereich auf, wobei der Hüllenbereich zumindest einen Teil einer Oberfläche des Bauteils bildet. Das selektive Laser schmelzen wurde zumindest in einem Teil des Hüllenbereichs mit einem reduzierten Energie eintrag durch Bestrahlung von weniger Schichten in einer Schichtungsrichtung als im Kembe reich vorgenommen und im Hüllenbereich oder in einem Abschnitt des Hüllenbereichs fällt jede bestrahlte Pulverschicht mit einer bestrahlten Pulverschicht im Kembereich zusammen.

Man erkennt, dass die hierin offenbarten Konzepte einen Vergleich von Dichten von bestrahl ten Schichten vornehmen, der auf mehreren benachbarten Schichten des Schichtmodells ba siert. In anderen Worten, wird ein Hüllenbereich oder ein Teil des Hüllenbereichs mit dem in Schichtebenenrichtung angrenzenden Kembereich (oder einem angrenzenden Teil des Kembe- reichs) hinsichtlich der Dichte von bestrahlten Schichten verglichen.

In einigen Ausführungsformen kann der schichtbasierte Bestrahlungsvorgang ein sequentielles Aufbringen von Pulverschichten umfassen, die Pulverschichten können mit einem Kemener- gieeintrag bestrahlt werden und die Schichten im Hüllenbereich einer schichtselektiven Be strahlung unterliegen werden. Bei einer schichtselektiven Bestrahlung des Hüllenbereichs kann die Dichte von bestrahlten Pulverschichten in Abhängigkeit von der Oberflächengeomet rie des dreidimensionalen Bauteils variiert werden. Insbesondere kann die Dichte von be strahlten Pulverschichten im Bereich einer Überhangstruktur umso mehr reduziert wird, je größer der Abstand zwischen Konturen (benachbarter Schichten) ist, und insbesondere je fla- eher die Überhangstruktur zur, durch die Oberfläche des Pulverbetts gegebenen, Schichtebene verläuft.

In einigen Ausführungsformen kann im Hüllenbereich oder in einem Abschnitt des Hüllenbe- reichs nur jede n-te Schicht der aufgebrachten Pulverschichten bestrahlt werden oder es kann im Hüllenbereich oder in einem Abschnitt des Hüllenbereichs jede n-te Schicht der aufge- brachten Pulverschichten nicht bestrahlt werden.

In einigen Ausführungsformen kann die Bestrahlung innerhalb einer Pulverschicht, insbeson dere im gesamten Bauteil, im Kembereich und im Hüllenbereich mit gleicher Laserleistung vorgenommen werden. Dabei kann der Energieeintrag im Hüllenbereich trotz gleicher Laser leistung aufgrund einer schichtselektiven Bestrahlung im Vergleich zum Kembereich redu ziert werden.

In einigen Weiterbildungen kann im Hüllenbereich oder in einem Abschnitt des Hüllenbe reichs eine bestrahlte Pulverschicht mit einer bestrahlten Pulverschicht im Kembereich zu sammenfallen und wobei diese Pulverschicht im Hüllenbereich und im Kembereich in einem gemeinsamen Bestrahlungsvorgang (d. h., als eine Schicht) bestrahlt wird.

In einigen Ausfühmngsformen kann beim Durchführen des schichtbasierten Bestrahlungsvor- gangs in einem Hüllenbereich, dem in Schichtebenenrichtung kein angrenzender Kembereich zugeordnet ist, insbesondere an der Unterseite des zu fertigenden Bauteils, Inskin-Parameter verwendet werden, die für eine Dichte von bestrahlten Pulverschichten in einem Kembereich vorgesehen sind, die höher ist, als die Dichte der Pulverschichten im diesem Hüllenbereich. Auch hier erkennt man, dass die hierin offenbarten Konzepte einen Vergleich von Dichten von bestrahlten Schichten vomimmt, der auf mehrere benachbarten Schichten des Schichtmo dells basiert.

In einigen Ausfühmngsformen kann eine aufgebrachte Pulverschicht eine Dicke im Bereich einer mittleren Korngröße des Pulvers aufweisen. Diese kann insbesondere im Bereich von 30% bis 300% der mittleren Korngröße des Pulvers liegen.

In einigen Ausfühmngsformen kann das Ausmaß des Hüllenbereichs durch einen Abstand der Kontur vom bestrahlten Bereich einer Schicht, deren Bestrahlung nicht bis an den Konturver- lauf des dreidimensionalen Bauteils erfolgt, bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Anzahl von aufeinanderfolgenden Schichten, deren Bestrahlung nicht bis an den jeweili gen Konturverlauf des dreidimensionalen Bauteils erfolgt, das Ausmaß des Hüllenbereichs bestimmen.

In einigen Ausführungsformen kann zum Aufträgen der Pulverschichten Pulver mit einem Beschichter aus einem Vorratsbereich in einer Auftragsrichtung aufgetragen werden und die Überhangstruktur kann derart gegen die Auftragsrichtung ausgerichtet sein, dass die Kontur mindestens einer nachfolgend zu bestrahlenden Schicht im Bereich der Überhangstruktur nä her als die Kontur einer zuvor bestrahlten Schicht an den Vorratsbereich heranragt. Ferner können die Bestrahlungsparameter des Laserstrahls entsprechend der gewünschten Wechsel wirkung des Laserstrahls mit dem Pulver in einem Kembereich des Bauteils fest eingestellt sein.

In einigen Ausführungsformen kann im Schichtstrukturmodell eine Schicht in, insbesondere rechteckige, Bestrahlungsfelder unterteilt werden, wobei im Bestrahlungsvorgang in Bestrah lungsfelder im Hüllenbereich, insbesondere im kontumahen Bereich der Schicht, ein Energie eintrag vorgenommen wird, der gegenüber dem Energieeintrag im Kembereich, insbesondere in konturfemen Bestrahlungsfeldem, reduzierter ist. Dabei können die Bestrahlungsfelder ei ner Schicht, die von der Kontur der Schicht geschnitten werden, nur im, das Bauteil bilden den, Innenbereich bestrahlt werden.

In Weiterbildungen kann der Beginn der Bestrahlung mit einem reduzierten Energieeintrag im Bereich derjenigen Bestrahlungsfelder beginnen, die von einer, insbesondere in Schichtrich tung, auf die Schicht projizierten Kontur einer Schicht geschnitten werden, wobei diese Schicht im Hüllenbereich bis zur Kontur bestrahlt wurde.

Allgemein können die Bestrahlungsfelder eines Bestrahlungsplans, die von einer auf die Schicht, insbesondere in Schichtrichtung, projizierten Kontur geschnitten werden, als Ganzes mit dem reduzierten Energieeintrag oder als Ganzes mit dem Energieeintrag des Kembereichs bestrahlt werden.

Hierin ist die Dichte von bestrahlten Pulverschichten insbesondere mit Blick auf die schichtse lektive Belichtung durch die Anzahl von bestrahlten Schichten in Richtung der Normalen der Schichtebene (Schichtungsrichtung) und pro Längeneinheit gegeben. Die Schichtebene ist durch die plane Pulverbettoberfläche gegeben, die durch den Pulverauftrag mit dem Beschich ter erzeugt wird. Wird - wie es im Kembereich üblicherweise der Fall ist (beispielhafte Kem- bereich-Bestrahlungsstrategie) - jede Schicht bestrahlt, ist die Dichte maximal. Bei dünnen Schichten können beispielsweise 25 Schichten bestrahlt werden, um eine Materialdicke (in Normalenrichtung) von 1 mm zu erzeugen. Werden Schichten bei der Bestrahlung im Hüllen bereich ausgelassen (beispielhafte Hüllenbereich-Bestrahlungsstrategie, insbesondere Downskin-Bereich-Bestrahlungsstrategie), reduziert sich dort die Dichte. Sie halbiert sich zum Beispiel, wenn abwechselnd eine Schicht bestrahlt wird und eine nicht bestrahlt wird, oder sie drittelt sich, wenn nur jede dritte Schicht bestrahlt wird. Bei gleichen Parametern der Laser strahlung reduziert sich der Energieeintrag entsprechend. Eine reduzierte Dichte von bestrahl ten Pulverschichten führt zu einer reduzierten (von der Bestrahlung in das Pulver eingebrach- ten) Volumenenergie (in [J/m ^A 3]), wobei diese sich im Wesentlichen ergibt aus:

Volumenenergie = Laserleistung / (Schichtdicke * Scangeschwindigkeit * Spurabstand)

Hierin ist ferner der Kemenergieeintrag die Energie, die mit der Bestrahlung (gemäß der Kembereich-Bestrahlungsstrategie) im Mittel in das Pulver eingebracht werden muss, um die gewünschte, pulverspezifische Wechselwirkung (meist der Grad der Aufschmelzung aufgrund der zugeführten Volumenenergie) zu erhalten, die für den Kembereich des Bauteils vorgese hen ist.

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass bei größeren Schichtstärken (beispielhafte Up- skin-Bereich-Bestrahlungsstrategie) eine reduzierte Volumenenergie benötigt wird, denn durch die höhere Schichtstärke werden darunterliegende Schichten weniger stark aufge- schmolzen. So wird weniger Wärme in die darunterliegenden Schichten abgeführt und im Er gebnis kann bei einer größeren Schichtstärke eine geringere Volumenenergie notwendig sein, um eine hohe Bauteildichte zu erreichen.

Beispielhafte Vorteile von Ausführungsformen der hierin offenbarten Konzepte zur schichtse lektiven Belichtung umfassen eine sehr gute Baubarkeit von 45°-Überhangsschrägen entgegen der Bewegungsrichtung des Beschichters beim Pulverauftrag sowie eine Baubarkeit von star ken Überhängen entgegen der Bewegungsrichtung des Beschichters, z. B. von Überhangwin- keln bis zu 30° oder weniger. Dies kann in vielen Fällen eine Reduzierung von Stützstrukturen erlauben, wenn nicht sogar einen stützfreien Aufbau derartiger Geometrien.

Weitere Vorteile der schichtselektiven Belichtung betreffen den Energieeintrag und die Laser strahlung. So kann die Fertigung des Downskin-Bereichs in einen dem Kern zugeordneten Prozessschritt integriert werden, wobei der zeitliche Energieeintrag in den Überhang trotzdem kleiner als bei der Belichtung des Kerns gehalten werden kann. Es erfolgt eine Reduzierung des Energieeintrags in den Hüllenbereich, insbesondere in den Downskin-Bereich, wodurch eine bessere Oberflächenqualität und Baubarkeit erreicht werden kann. Die durchgängige Be- lichtung von Hüllen- und Kembereichen kann mit einer einfachen Bestrahlungsstrategie (auch als Belichtungsstrategie bezeichnet) umgesetzt werden, begleitet von einem gleichmäßigen Energieeintrag, der durch große Bewegungs Vektoren umgesetzt werden kann, die sich in den Überhang hinein erstrecken.

Mit anderen Worten muss bei der schichtselektiven Bestrahlung innerhalb einer Pulverschicht keine separate Bestrahlungsstrategie (hinsichtlich insbesondere der Laserparameter) mehr für den Downskin-Bereich festgelegt werden, da die hierin vorgeschlagene selektive Belichtung des z. B. Downskin-Bereichs die Belichtung des Kerns selektiv in den Hüllenbereich fortsetzt. So müssen zusätzlich zu den Inskin-Parametem für das Lasersystem, d. h., Parametern für das Lasersystem, die den Energieeintrag in den Kem (Inskin-Bereiche mit seitlichen Flächen des Bauteils, d. h., es gibt keine Upskin- oder Downskin- Anpassung) definieren (u. a. Laserleis tung, Fokusgröße, Scangeschwindigkeit und Pulverschichtdicke), keine Downskin-Parameter mehr für das Lasersystem entwickelt werden. Allgemein kann sich die Parameterentwicklung für die Fertigung von Überhängen deutlich vereinfachen. Dies vereinfacht die Parameterent wicklung insbesondere für verschiedene Werkstoffe durch Reduzierung der relevanten, bei der Planung zu berücksichtigenden, Parameter. Im Gegensatz zur eingangs erwähnten EP 3 127 635 Al, bei der Überhänge in kleine Bereiche aufgeteilt werden und bei der für diese kleinen Bereiche die Energie in einem komplizierten, winkelabhängigen Verfahren in Abhängigkeit vom Abstand zur Oberfläche gewonnen wird, ist die Energie nun ein quasi feststehender Pa rameter. Mit anderen Worten kann eine gleichmäßige, wenn auch schichtweise selektive, Be lichtung mit den Inskin-Parametem des Laserstrahls durchgeführt werden.

In einigen Ausführungsformen der hierin offenbarten Konzepte zur schichtselektiven Belich tung kann eine selektive Belichtung von Schichten auch lediglich in Downskin-Bereichen angewendet werden, die unterhalb eines kritischen Winkels liegen. Ohne Umsetzung der se- lektiven Belichtung sind derartige Downskin-Bereiche u. U. nur mit Stützstrukturen baubar (z. B. mit einer beispielhaften Stützstrukturbestrahlungsstrategie).

Zur Vollständigkeit wird auf die beispielsweise in der DE 10 2011 105045 B3 beschriebenen Vorgehensweisen einer speziellen„Hülle-Kem-Strategie“ verwiesen, wobei die zuvor zu- sammengefassten Konzepte sich davon unterscheiden bzw. ergänzend insbesondere zur nach folgend beschriebenen Vorgehensweise bei Übergängen zwischen unterschiedlichen Bestrah lungsstrategien eingesetzt werden können.

Zur kurzen Erläuterung des bekannten Konzepts der„Hülle-Kem-Strategie“ wird dabei das Bauteil in einen Hüllenbereich und einen Kembereich aufgeteilt, wobei diese beiden Bereiche (vollständig) unabhängig voneinander parametriert werden können. Auch die Bestrahlungs strategien in den Bereichen können unabhängig voneinander vorgesehen werden und entspre chend an einer Grenzlinie zwischen den Bereichen im Bauteilinneren wechseln. So kann im Hüllenbereich beispielsweise eine vergleichsweise dünne Pulverschichtdicke und geringe La serleistung und im Kembereich eine vergleichsweise dicke Pulverschichtdicke und eine hohe Laserleistung vorgesehen werden, wobei die Schichtdicke des Kembereichs üblicherweise ein Vielfaches der Schichtdicke des Hüllenbereichs ist. Hinsichtlich der Bestrahlungsstrategie kann im Kembereich eher eine Schachbrett- oder Streifenbelichtung vorgesehen werden, wo gegen im Randbereich eher eine Offset-Filling-Strategie oder eine Vielzahl von Konturen um gesetzt werden können. So kann im Kembereich eine hohe Aufbaurate bzw. Produktivität erreicht werden. Im Hüllenbereich mit seinen eigenen Prozessparametem kann dagegen eine nach außen hin gute Oberflächenqualität erzeugt werden, die insbesondere nur mit einer ge ringeren Schichtdicke erreicht werden kann.

Im Unterschied zu dieser Hülle-Kem-Strategie erfordert die hierin beschriebene Vorgehens weise bei der schichtselektiven Belichtung keine echte Differenzierung in einen„Hüllenbe reich“ und einen„Kembereich“. Bei der vorgeschlagenen selektiven Belichtung kann zum einen die Belichtung (insbesondere die vorgesehenen Laserparameter) des Bauteilinneren bis zur Außenkontur stufenlos angewandt werden und zum anderen kann die Belichtungsfläche schichtweise in den Downskin-Bereichen etwas verkleinert werden, um in der jeweiligen Schicht außerhalb des reduzierten Kembereichs keine Energie einzubringen. Somit muss es keinen getrennt parametrierbaren„Hüllenbereich“ geben, im Unterschied zur zuvor beschrie- benen konventionellen„Hülle-Kern- Strategie“. Vielmehr kann durch eine in gewissen Rhythmen erfolgende Verkleinerung der Belichtungsfläche eine Art Hüllenbereich erzeugt werden, der sich jedoch nur in der Schichtstärke vom„Kembereich“ im Bauteilinneren unter scheidet und vor allem immer durchgängig mit dem Kembereich belichtet werden kann. Es können so u.a. gleiche Prozessparameter wie beispielsweise Laserleistung, Verfahrgeschwin digkeit und Hatch- Abstand eingesetzt werden und zwar mit einer durchgängigen Belichtungs strategie (Bestrahlungsstrategie) wie beispielsweise einer reihenweisen Belichtung einer Schachfeldstruktur. Man erkennt, dass es gerade ein Vorteil der hierin beschriebenen selek tiven Downskin-Belichtung ist, dass der Belichtungsvorgang durchgehend erfolgen kann und nicht getrennt für den Inskin-Bereich und den Downskin-Bereich zu parametrisieren ist.

Weitere Ausführungsformen beziehen sich auf die bereits zuvor angesprochenen Übergänge zwischen unterschiedlichen Bestrahlungsstrategien. Dies betrifft insbesondere Bauteile, bei deren Aufbau im Hüllenbereich verschiedenen Zonen unterschiedliche Bestrahlungsstrategien zugrunde liegen, um die jeweilige Bauteilgeometrie optimal abzubilden. Die Zonen umfassen dabei insbesondere die Zonen für Downskin-, Upskin- und Inskin-Bereiche; d. h., bei der ge nerativen Fertigung sind die Bestrahlungsstrategien im Hüllenbereich untergliedert in für nach unten geneigte, nach oben geneigte und/oder seitliche Flächen des Bauteils. Dabei können auch in den einzelnen Downskin-, Upskin- oder Inskin-Bereichen mehrere Zonen eingesetzt werden, um die Bestrahlungsstrategien weiter differenzieren zu können.

Es wurde nun von den Erfindern ferner erkannt, dass an der Oberfläche sichtbare Übergansli nien entstehen können, wenn der Übergang der Zonen und damit der Bestrahlungsstrategien sprunghaft an definierten Winkeln im Verlauf der Oberfläche des Bauteils erfolgt. Diese Übergangslinien können insbesondere das optische Erscheinungsbild des Bauteils beeinflus sen, eine entsprechende Nachbearbeitung erfordern und/oder mechanische Eigenschaften des Bauteils negativ beeinflussen.

Um insbesondere die Optik und ggf. Form und mechanische Eigenschaften der Bauteile zu verbessern, schlagen die Erfinder nun ferner vor, einen Zonenübergang nicht starr anhand eines Grenzwinkels festzulegen, sondern diesen sukzessive erfolgen zu lassen. Für die techni sche Umsetzung eines sukzessiven Zonenübergangs werden verschiedene Möglichkeiten vor geschlagen. Insbesondere ist ein Zonenübergang in einem näher zu definierenden (Zonen übergangs-) Winkelbereich möglich. Wie nachfolgend auch anhand der Figuren 13 bis 16 erläutert wird, kann bei einem Bauteil ein Übergang zwischen Zonen innerhalb einer Schicht erfolgen, wenn diese Schicht sich über Hüllenbereiche erstreckt, denen unterschiedliche Oberflächenverläufe in Downskin-, Upskin- und Inskin-Bereichen, d. h. unterschiedliche Zonen, zugeordnet sind. Diese werden hierin als Zonenübergänge in X-/Y -Richtung, d. h., in der Schichtebene, bezeichnet. Ferner können be- nachbarte Schichten unterschiedlichen Zonen zugeordnet werden, wenn den benachbarten Schichten z. B. unterschiedliche Oberflächensteigungen zugeordnet sind, denen wiederum unterschiedliche Bestrahlungsstrategien zugewiesen werden. Dies wird hierin als Zonenüber gang in Z-Richtung, d. h., über Schichten hinweg, bezeichnet.

Zusammenfassend können Fertigungsverfahren, insbesondere Weiterbildung der zuvor be schriebenen schichtselektiven Belichtungsverfahren, die folgenden Merkmale aufweisen:

In einigen Ausführungsformen weist die Oberfläche des dreidimensionalen Bauteils mindes tens zwei aneinander angrenzende Zonen auf, denen mindestens zwei Bestrahlungsstrategien zugeordnet sind. Mindestens eine der Bestrahlungsstrategien kann z. B. einen Bestrahlungs vorgang auf Grundlage des Schichtstrukturmodells aufweisen, bei dem eine Dichte von be strahlten Pulverschichten im Hüllenbereich niedriger ist als im in Schichtebenenrichtung an grenzenden Kembereich. In einem die Oberfläche des dreidimensionalen Bauteils formenden Übergangsbereich der Zonen kann ein Wechsel zwischen den Bestrahlungsstrategien innerhalb einer Schicht derart vorgenommen wird, dass eine räumliche Position des Wechsels in einer Abfolge von benachbarten Schichten bidirektional variiert. Ergänzend oder alternativ kann ein mehrfaches Hin- und Zurückwechseln zwischen den Bestrahlungsstrategien in einer Abfolge von benachbarten Schichten entlang der Schichtaufbaurichtung vorgenommen werden.

In einigen Ausführungsformen können die mindestens zwei aneinander angrenzenden Zonen mindestens eine Bestrahlungszone für den Hüllenbereich und eine Bestrahlungszone für einen Abschnitt, der mit einem Bestrahlungsvorgang gemäß dem Kembereich erzeugt wird, umfas sen. Ergänzend oder alternativ können die mindestens zwei aneinander angrenzenden Zonen im Hüllenbereich ausgebildet sein und/oder die mindestens zwei aneinander angrenzenden Zonen Upskin-, Downskin- und/oder Inskin-Zonen umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die räumliche Position des Wechsels und/oder das Hin- und Zurückwechseln durch Zuordnung von Übergangsparametem, insbesondere von Zonen- übergangswinkeln, in einem Winkelbereich um einen vorbestimmten Übergangswinkel be- wirkt werden, wobei die Zuordnung insbesondere durch einen Zufallsalgorithmus oder nach einem vorgegebenen Muster erfolgt.

In einigen Ausführungsformen kann die räumliche Position des Wechsels und/oder das Hin- und Zurückwechseln durch Zuordnung eines vorbestimmten Übergangswinkels und Vergrö- ßem oder Verkleinern sich aus dem Übergangswinkel ergebender Zonen bewirkt werden. Da bei kann das Vergrößern oder Verkleinern der sich aus dem Übergangswinkel ergebenden Zo- nen insbesondere durch einen Zufallsalgorithmus oder nach einem vorgegebenen Muster im Übergangsbereich erfolgen.

Weitere Aspekte umfassen ein Computerprogramm (oder ein Computerprogrammprodukt) und ein computerlesbares Medium, auf dem ein entsprechendes Computerprogramm gespei- chert ist. Das Computerprogramm/Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, insbesondere durch eine computerimple- mentierte Steuerungseinheit zum Betreiben einer Fertigungsvorrichtung zur generativen Ferti gung eines dreidimensionalen Bauteils, den Computer/die Steuerungseinheit dazu veranlassen, die hierin beschriebenen Verfahren zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bau teils aus einem Pulver auszuführen/zu veranlassen.

Das Computerprogramm/ Computerprogrammprodukt und das computerlesbares Medium sind entsprechend zum Ausführen einer der zuvor genannten Verfahren vorgesehen. Das Compu terprogramm kann auf einem nicht-flüchtigen Speicher, der insbesondere als Teil einer Steue rungseinheit zum Betreiben einer Fertigungs Vorrichtung zur generativen Fertigung eines drei dimensionalen Bauteils verwendet wird, abgelegt sein.

Das computerlesbare Medium und die Computerprogramme/Computerprogrammprodukte können ferner computerausführbare Instruktionen aufweisen, die dazu ausgelegt sind, eine Fertigungs Vorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils nach An spruch 14 zu veranlassen/anzusteuem. Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figu ren. Von den Figuren zeigen:

Fig.l eine schematische räumliche Darstellung einer beispielhaften genera tiven Fertigungsvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der generativen Fertigungsvorrich- tung aus Fig. 1 parallel zur XY-Ebene durch den Fertigungsraum,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht der generativen Fertigungsvorrich tung aus Fig. 1 parallel zur XZ-Ebene durch den Fertigungsraum wie in Fig. 2 angedeutet,

Figuren 4A und 4B schematische Skizzen zur Verdeutlichung von unterschiedlichen Dich ten von bestrahlten Schichten im Downskin-Bereich und im Kembe- reich,

Figuren 5Aund 5B schematische Schnittdarstellungen zur Verdeutlichung von beispielhaf ten Umsetzungen einer schichtselektiven Bestrahlung im Übergangs bereich zwischen Hülle und Kern,

Figuren 6 Abis 6D schematische Skizzen zur Verdeutlichung der schichtselektiven Be strahlung in einer Aufsicht auf Schichten im Übergangsbereich zwi schen Hülle und Kem,

Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Beispiels einer schichtselektiven Bestrahlung im Übergangsbereich zwischen Hülle und Kem,

Fig. 8 eine schematische Schnittdarstellung eines Bauteils, das mit schichtse lektiver Bestrahlung gefertigt wurde,

Fig. 9 eine Aufnahme von mehreren Bauteilen, deren Überhangbereiche mit schichtselektiver Bestrahlung gefertigt wurden,

Fig. 10 eine schematische Skizze zur Verdeutlichung von unterschiedlichen

Dichten von bestrahlten Schichten allgemein im Hüllenbereich und im

Kembereich,

Fig. 11 eine Skizze zur Verdeutlichung des möglichen Einflusses der Korn größe von Pulver bei dünnen Schichten, Fig. 12 eine Skizze zur Verdeutlichung der Verwendung von variierten Faser- parametem bei der Bestrahlung kontumaher Bereiche,

Fig. 13 eine Skizze zur Verdeutlichung verschiedener Zonen im Hüllenbereich eines gekippten zylindrischen Bauteils,

Fig. 14 eine Skizze zur Verdeutlichung von Übergangsbereichen von Zonen übergängen an der Oberfläche eines Testobjekts,

Fig. 15 eine Skizze zur Verdeutlichung einer Glättung eines Zonenübergangs durch Einführen eines Übergangsbereichs in einer Schicht und

Fig. 16 eine Skizze / ein Foto zur Verdeutlichung einer Glättung eines Zonen übergangs durch einen Übergangsbereichs in Schichtaufbaurichtung.

Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass die grundlegenden Vorteile von LMF- Verfahren im Sinne einer Gestaltungsfreiheit und eines endkontumahen Aufbaus einer Geometrie durch eine derartige Beeinflussung des Erscheinungsbildes eines Bauteils (optische Strukturausbildungen auf der Oberfläche) gemindert werden können. Dies berücksichtigend wurden die hierin offenbarten Konzepte erarbeitet, mit denen Zonenwechsel, d. h. der Übergang zwischen Bestrahlungsstrategien, im Erscheinungsbild unterdrückt oder zumindest reduziert werden können.

Bei der generativen Fertigung werden üblicherweise Schichtmodelle verwendet, die auf einer Sequenz von Schichten basieren, denen jeweils eine schichtspezifische Kontur des zu erzeu genden Bauteils zugeordnet ist. Insbesondere wird hierin ein Bestrahlungsplan vorgeschlagen, der auf einem Schichtmodel basiert und der im Bereich von Zonenübergängen eine entspre chende Verschachtelung/Verzahnung oder ein entsprechendes Ineinandergreifen von Bestrah lungsstrategien einsetzt, die den benachbarten Zonen zugeordnet sind. Dieses Konzept wurde insbesondere mit Blick auf das nachfolgend erläuterte selektive Belichten vorgeschlagen. Nachfolgend wird daher zuerst ein beispielhaftes System zur generativen Fertigung, insbeson dere im Zusammenhang mit dem beispielhaften selektiven Belichten, beschrieben. Das Kon zept lässt sich aber allgemein bei der Verwendung von mehreren zonenspezifische Bestrah lungsstrategien anwenden, wie sie oft im Rahmen der Hülle-Kem-Strategie unter Berücksich tigung des Verlaufs der Oberflächen eingesetzt werden.

Der Bestrahlungsplan kann dabei beispielsweise in der Nähe der Kontur des Bauteils in einer Schicht, insbesondere in der Nähe der Kontur in Downskin- und Sideskin-Bereichen, weniger Energie einbringen, indem nur noch jede z. B. zweite oder dritte (oder n-te) Schicht belichtet wird (oder z. B. jede zweite oder dritte (oder n-te) Schicht nicht belichtet wird), wobei die Belichtung aber mit der im Wesentlichen gleichen, (vollen) Leistung der Laserstrahlung er folgt, wie sie im Kembereich eingestrahlt wird. Das beispielhafte Vorgehen vereinfacht den Bestrahlungsvorgang wesentlich und verringert die Zahl der bei der Bestrahlung einzustellen den Variablen. Der Bestrahlungsplan definiert nur noch, wie viele Schichten belichtet werden sollen und wie weit von der Kontur aus die nicht-belichteten Schichtbereiche in das Bauteil hineinragen sollen. Die Leistung der Laserstrahlung wird im Wesentlichen nicht mehr variiert und bleibt zumindest in einem Übergangbereich Kern-Hülle fix. Es wird angemerkt, dass bei diesem beispielhaften Vorgehen im Überhangbereich des Bauteils keine abwechselnd ge schmolzenen und nicht-geschmolzenen Schichten entstehen, sondern ein durchgehend aufge schmolzenes Pulvervolumen, da die Belichtung einer Pulverschicht zu einer Schmelze führt, die über die jeweils bestrahle Pulverschicht hinaus wirkt. Gerade bei sehr dünnen Schichten und einer Leistung der Laserstrahlung, wie sie im Kembereich üblich ist, wird das Pulver von zwei oder mehr Schichten zumindest teilweise aufgeschmolzen.

Zusammenfassend wird in dem beispielhaften Vorgehen in einem schichtbasierten Bestrah lungsvorgang eine Dichte von bestrahlten Schichten im Hüllenbereich gewählt, die niedriger ist als im Kembereich. Damit liegt bei der Belichtung des z. B. Downskin-Bereichs effektiv eine höhere Schichtstärke und damit eine geringere Volumenenergie vor. Beispielsweise wird insbesondere im Downskin-Bereich nur jede n-te Schicht durchgängig mit der dem Kembe reich zugeordneten Intensität belichtet. In den dazwischenliegenden Schichten wird der Downskin-Bereich ausgespart. Die eingebrachte Volumenenergie entspricht z. B. bei durch gängiger Belichtung jeder zweiten Schicht (beispielsweise für einen Sideskin-Bereich) der Hälfte und bei Belichtung jeder dritten Schicht (beispielsweise für einen Downskin-Bereich) einem Drittel der Volumenenergie im Kern. Dies kann die angesprochenen Vorteile bewirken, wie beispielsweise eine Baubarkeit auch entgegen der Auftragsrichtung des Beschichters von Überhangwinkeln bis zu 30°, eine Reduzierung des Energieeintrags im oberflächennahen Be reichen und/oder eine Vermeidung/Reduziemng einer Pulveranhäufung vor dem Bauteil.

Allgemein kann die Belichtung des Downskin-Bereichs als durchgängige Belichtung mit den Inskin-Parametem z. B. abhängig von einer zugeordneten Zone mit einem entsprechenden Oberflächenverlauf nur jeder zweiten, dritten oder n-ten Schicht komplett bis an den geplanten Konturverlauf des Bauteils in der jeweiligen Schicht durchgezogen werden. In den dazwi- sehen liegenden Schichten wird der z. B. Downskin-Bereich nicht belichtet, sondern einfach in der Bestrahlungsplanung weggelassen.

Es wurde ferner erkannt, dass diese Vorgehensweise auch im Upskin-Bereich verwendet wer den kann, um auch dort die Qualität des Hüllenbereichs, insbesondere der Oberfläche, zu ver bessern.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine beispielhafte generative Fertigungs Vorrichtung 1 zur additiven Erzeugung eines dreidimensionalen Bauteils 3 aus einem pulverförmigen Material (allgemein Pulver 5) in einer perspektivischen Ansicht sowie in schematischen Schnittansichten von oben bzw. von vome. Zum Fertigungsvorgang wird auf die eingangs erwähnte EP 2 732 890 A2 verwiesen.

Die Fertigungs Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 7, das einen Fertigungsraum 9 bereitstellt. Über eine Tür 11 A in einer Vorderwand 11 besteht Zugang zum Fertigungsraum 9. Das Ge häuse 7 umfasst ferner ein Schutzgasabsaugsystem mit z. B. Auslassöffhungen l3A zum Flu ten des Fertigungsraums 9 mit inertem Gas sowie Absaugöffhungen 13B. Ein Strömungsver lauf ist beispielhaft mit Pfeilen 13 in Fig. 2 angedeutet. Ein beispielsweise oberhalb des Ge häuses angebrachtes Bestrahlungssystem 15 ist zur Erzeugung von Faserlicht, welches das Pulver 5 zu Materialschichten eines 3D-Bauteils 3 verschmilzt, ausgebildet.

Der Fertigungsvorgang findet auf einer Arbeitsfläche 27 statt, die den Boden des Fertigungs raums 9 bildet und einen Plattformbereich 17A, einen Vorratsbereich 25 A und (optional) einen Pulversammelbereich 29A aufweist. Der Fertigungsvorgang erfolgt auf einer Bauplattform 17, die im Plattformbereich 17A z. B. zentral vor der Tür 15A angeordnet ist. Die Bauplattform 17 liegt auf einem Träger 19 auf, der in einem Bauzylinder 21 in der Höhe (in Fig. 3 in ±Z- Richtung) verfahren werden kann. Der Vorratsbereich 25A dient der Bereitstellung von fri schem Pulver 5A, das zur lagenweisen Herstellung des 3D-Bauteils 3 in den Bauplattformbe reich 23 A mit einem Beschichter 23 übertragen wird.

Während der generativen Fertigung wird auf der Bauplattform 17 wiederholt ein mit bei spielsweise metallischem oder keramischem Pulver gefülltes Pulverbett zur Bestrahlung mit dem Faserlicht von oben vorbereitet. Wie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt wird, dient der Be schichter 23 (oft auch Schieber oder Wischer genannt) zum Verteilen des Pulvers 5 in X- Richtung während des Herstellungsprozesses. Während des Beschichtens streicht ein unterer Bereich des Beschichters 23 über die Arbeitsfläche 27, nimmt Pulver mit und befällt dadurch z. B. bzgl. der Arbeitsfläche abgesenkte Bereiche. In diesen Bereichen definiert der untere Bereich des Beschichters 23 das Niveau der Pulveroberfläche. Z. B. wird frisches Pulver 5, das in einem im Vorratsbereich 25 A vorgesehenen Vorratszylinder 25 bereitgestellt wird, mit dem sich in X-Richtung bewegenden Beschichter 23 über die Arbeitsfläche 27 in den Platt formbereich 17A verschoben, wo es sich im Bereich der abgesenkten Bauplattform 17 sam melt und dieser entsprechend unter Ausbildung einer frischen Pulverschicht beschichtet wird. Nicht benötigtes Pulver wird beispielsweise in einen im Pulversammelbereich 29A vorgesehe nen Sammelzylinder 29 gebracht.

Wie in den Figuren beispielhaft gezeigt wird, sind der Vorratsbereich 25 A, der Plattformbe reich 17A und der Pulversammelbereich 29A nebeneinander in X-Richtung versetzt angeord net und der Beschichter 23 ist in ±X-Richtung verschiebbar.

Der Fertigungs Vorgang umfasst zusammenfassend ein wiederholtes Absenken der Bauplatt form 17 im Bauzylinder 21, ein Aufbauen einer frischen Pulverschicht auf der Bauplattform 17 und ein Verschmelzen der Pulverschicht in dem Bereich, in dem gemäß dem auf einer Schichtmodellstruktur basierenden Bestrahlungsplan das 3D-Bauteil 3 entstehen soll. Fig. 3 zeigt das teilweise fertiggestellte 3D-Bauteil 3, das in nicht verschmolzenem Pulver 5 einge bettet ist.

Die hierin offenbarten Fertigungs verfahren können z. B. in eine Fertigungssteuerung integriert werden. Dafür weist die Fertigungs Vorrichtung 1 eine Steuerungseinheit 31 auf, in der der Bestrahlungsplan abgelegt ist und die den Vorgang nach dem Bestrahlungsplan durchführt. In den Figuren 1 und 3 ist die Steuerungseinheit 31 schematisch gestrichelt angedeutet und über strichpunktiert gezeigte Datenverbindungen 33 mit dem Bestrahlungssystem 15 und dem An trieb 35 der Bauplattform 17 und dem Antrieb des Beschichters 23 verbunden.

Die hierin offenbarten Konzepte erlauben es, mit der Fertigungs Vorrichtung 1 3D-Bauteile schichtweise aufzubauen. Beispielhafte Schichtmodellstruktur von 3D-Bauteilen sind in den Figuren 4A und 4B schematisch dargestellt sind. Als ein erstes Beispiel zeigt Fig. 4A einen Ausschnitt einer Schichtmodellstruktur eines Bau- teils 37 mit einem Kembereich 39 und einem Hüllenbereich 41. Der Hüllenbereich 41 ist in diesem Fall ein Downskin-Bereich, der sich zum einen auf einer Unterseite 37A des Bauteils 37 und zum anderen entlang eines Überhangs 37B erstreckt, wobei angenommen wird, dass die Laserstrahlung in Richtung des Pfeils 45 von oben senkrecht zur Ausbildung der

Schichtstruktur des Bauteils 37 einfällt. Der Überhang 37B bildet eine schräge Seitenfläche aus, die sich in einem Winkel a bezüglich der Schichtebene (bei der Herstellung im Wesentli chen gegeben durch die Ebene der Bauplattform 17) erstreckt. Im Hüllenbereich 41 verdeutli chen die weiter beabstandeten Linien eine geringere Dichte von bestrahlten Schichten 43A im Downskin-Bereich 41 A und die näher beieinanderliegenden Linien eine höhere Dichte von bestrahlten Schichten 43B im Kembereich 39. In Lig. 4A wird die Dicke des Hüllenbereichs 41 auf der Unterseite 37A durch einen Pfeil D angedeutet. In einigen Ausführungsformen können dem Hüllenbereich auf der Unterseite 37A und im Überhang 37B jeweils eigene zo nenspezifische Bestrahlungsstrategien zugeordnet sein, sodass sich zwischen den zugeordne ten Bestrahlungsstrategien auf der Oberfläche ein Zonenwechsel ergibt. Ein Ziel eines der hierin offenbarten Konzepte ist es, die optische Erkennbarkeit dieses Zonenwechsels zu redu zieren.

Fig. 4B zeigt als ein weiteres Beispiel ein Bauteil 37' mit einem Kembereich 39' und einem Hüllenbereich 4G. Im Unterschied zum Bauteil 37 der Fig. 4A ist die Unterseite 37A' durch gehend gekrümmt kugelförmig ausgebildet. Die Dicke (Pfeil D') des Hüllenbereichs 4G hängt im Beispiel der Fig. 4B von der Orientierung der Oberfläche des Bauteils 37 bezüglich der Schichtebene ab. Sie verjüngt sich umso mehr, je steiler die Oberfläche zur Schichtebene ori entiert ist. Die Dicke kann bspw. bei einem Winkel von ca. 90° zur Normalen der Schichtebe ne auf eine geringere Dicke (Pfeil D") und evtl bei Fortsetzung auf Winkeln von über 90°, bei denen die Oberfläche einem Upskin-Bereich entspricht, auf null zurückgehen. Die Dicke kann ferner schon bei einem Winkel von ca. 90° oder weniger auf null abnehmen. Auch in Fig. 4B ist die Dichte von bestrahlten Schichten 43 A, 43B im Hüllenbereich 4G und im Kembereich 39' durch die Nähe der Linien der Schraffuren angedeutet. Auch in diesem Fall können im Hüllenbereich 41' mehrere in Abhängigkeit der Oberflächenausrichtung definierte zonenspezi fische Bestrahlungsstrategien vorgesehen werden, wobei die jeweiligen Zonenwechsel mit den nachfolgend beschriebenen Konzepten in ihrer optischen Erkennbarkeit beeinflusst werden.

So kann die Erkennbarkeit des Zonenwechsels, insbesondere die Ausbildung einer Übergangs linie, reduziert, wenn nicht sogar vermieden werden kann. Die gezeigten Beispiele der Figuren 4A und 4B verdeutlichen den Ansatz, dass eine Paramet risierung der Bestrahlung in lateraler Richtung (d. h., in Richtung der Schichtebene) und senk recht zur Schichtebene vorgenommen werden kann. So kann der Hüllenbereich 41, 41' wie nachfolgend erläutert durch das Ausmaß der einzelnen bestrahlten Bereiche (und somit durch das Ausmaß der nicht bestrahlten Bereiche) in der Schichtebene in Zusammenspiel mit der Anzahl der von der Schichtselektion betroffenen Schichten definiert werden. Auf diese Weise kann der Downskin-Bereich, insbesondere die jeweils im Downskin-Bereich anzuwendende Bestrahlungsstrategie, bei großen Überhangwinkeln gezielt eingestellt werden.

Wie in den Beispielen ferner gezeigt wird, kann auf der Unterseite eine Bestrahlung mehrerer dicker Schichten jeweils mit der Intensität erfolgen, die für die Bestrahlung von n-fach dünne ren Schichten im Kembereich entwickelt wurde, sodass insgesamt der Energieeintrag auf der Unterseite reduziert wird und dies trotz z. B. Auftragens von n-fach dünneren Schichten. Erst im Kembereich werden die nun n-fach dünneren Schichten alle bestrahlt und die Fertigung basierend auf den Inskin-Parametem (hier beispielsweise einer Kem-Bestrahlungsstrategie) durchgeführt. Auf diese Weise kann ein Durchschmelzen durch den Hüllenbereich auf der Unterseite durch die erhöhte Anzahl der von der Schichtselektion betroffenen Schichten ver mieden werden, insbesondere da auf der Unterseite 37A die Wärme durch die Bestrahlung bei der Fertigung weniger gut ab fließen kann, als bspw. im Upskin-Bereich, wo sie in das bereits verfestigte Bauteil 3 abfließen kann.

Die Figuren 5A und 5B verdeutlichen anhand von im Schnitt dargestellten Schichtmodell strukturen wie das Ausmaß eines Hüllenbereichs durch die schichtselektive Bestrahlung fest gelegt werden kann. In Fig. 5A sind schematisch vier Kemschichten nk gezeigt, auf denen eine Überhangstruktur 47 gebildet werden soll. Die Überhangstruktur 47 schließt sich an einen im Wesentlichen oberhalb der Kemschichten nk liegenden Kembereich 39" an. Eine Schicht nl leitet die Ausbildung eines sich unter einem Winkel zur Schichtebene erstreckenden Über hangs ein.

Allgemein wird hierin als Schichtebene eine Ebene verstanden, die im Schichtmodell übli cherweise der durch die Bewegung des Beschichters geformten Pulverbettoberfläche ent spricht. Die Überhangstruktur 47 wird durch Ausbildung eines speziell gefertigten Hüllenbereichs 41", der über selektives Bestrahlen der nachfolgenden Schichten erzeugt wird, umgesetzt. We- sentlich ist dabei, dass gemäß der Bestrahlungsstrategie für den Hüllenbereich 41" nicht jede Schicht im Hüllenbereich 41" bis zur Kontur des geplanten Bauteils bestrahlt wird, sondern dass zumindest eine Selektion bei der schichtbasierten Bestrahlung vorgenommen wird, so dass die Bestrahlung einiger Schichten in einem Abstand von der Kontur beendet wird. Bei- spielhaft ist in Fig. 5A ein Abstand a für die Schicht n8_s eingezeichnet, in dem die Bestrah lung der Pulverschicht vor der gewünschten Kontur endet. Eine gleichmäßige Steigung des Überhang angenommen, können im gezeigten Beispiel auch die Schichten n6_s, n4_s und n2_s in einem bezüglich der Kontur eingeschränkten Ausmaß bestrahlt werden. Der Abstand a kann bei mit 40 pm Schichtdicke aufgetragenen Schichten z. B. im Bereich von 300 pm lie gen. In Fig. 5A erkennt man ferner, dass dem Hüllenbereich, der durch die Kemschichten nk gebildet wird, einer anderen Bestrahlungsstrategie zugrunde liegt, als dem Hüllenbereich 41". Diese Hüllenbereiche gehören somit zu Zonen mit unterschiedlichen Bestrahlungsstrategien. Im vorliegenden Fall kann man sich entlang dem Wechsel zwischen den Zonen der beiden Hüllenbereiche eine (beispielsweise horizontale) Finie vorstellen, die evtl von einem Betrach ter des Bauteils optisch erkannt werden kann. Die nachfolgend insbesondere in Zusammen hang mit den Figuren 13 bis 16 beschriebenen Konzepte können unter Umständen das Er scheinungsbild dieser Finie vermeiden oder zumindest reduzieren.

Fig. 5B zeigt die Anfangsschichten der Überhangstruktur 47 vergrößert. Die Schicht nl (d. h., der bestrahlte Bereich der nl -Pulverschicht) erstreckt sich um einen Abstand dl über die oberste Kemschicht nk lateral hinweg. Das Ende der Schicht nl definiert einen Punkt der für die Übergangsstruktur 47 gewünschten Kontur 50B in der Schicht nl. Z. B. liegt dl in diesem Übergangsbereich zur Überhangstruktur bei 150 pm weiter außen als die Kontur 50A (40 pm Schichtdicke). Allgemein wird mit der Feistung aus dem Kembereich eingestrahlt, so dass zumindest teilweise auch Pulver unterhalb der Schicht nl aufgeschmolzen wird. Die Bestrah lung in einem durch dl gegebenen Gebiet formt die Oberfläche des Bauteils im Überhang.

Gemäß der schichtselektiven Bestrahlung wird nun die Bestrahlung der Schicht n2_s nicht bis zu dem für die Übergangsstruktur 47 gewünschten Konturverlauf fortgesetzt. Stattdessen en det die Bestrahlung in einem Abstand d2 vor dem Ende der Schicht nl und in einem Abstand a2 vor dem Ende der Schicht nl (Kontur 50C). Somit verbleibt nicht aufgeschmolzenes Pulver am seitlichen Ende der Schicht n2_s beispielsweise in einem Streifen von d2=200 pm. Man erkennt, dass die gesamte Bestrahlung der Schicht n2_s in direkter Nachbarschaft zu einer zuvor bestrahlten Schicht (hier der Schicht nl) erfolgt.

Das Ende der Schicht n3 soll nun wieder den für die Übergangsstruktur 47 gewünschten Kon turverlauf (Kontur 50D) definieren. Dazu erstreckt sich die Schicht n3 um einen Abstand d3+d2 (z. B. 400 pm) über die Schicht n2_s lateral hinweg. Das Ende ragt somit um einen Abstand d3 (z. B. 200 pm) über das Ende der Schicht nl hinaus und definiert einen weiteren Punkt, der die Schräge der Oberfläche in diesem Bereich der Überhangstruktur 47 bestimmt. Die Bestrahlung der Schicht n3 wirkt im Hüllenbereich 41" anfangs auf eine doppelt so dicke Pulverschicht (im Beispiel 80 pm) oberhalb der Schicht nl in einem durch d2 gegebenen Ge- biet. Jenseits davon gibt es keine untere zuvor bestrahlte Schicht, so dass die Bestrahlung der Schicht n3 in einem durch d3 gegebenen Gebiet nun die Oberfläche des Bauteils im Überhang bildet.

Ähnlich Schicht n2_s endet die Bestrahlung der Schicht n4_s in einem Abstand d4 (z. B. 300 pm) vor dem Ende der Schicht n3. Es verbleibt entsprechend nicht aufgeschmolzenes Pulver am seitlichen Ende der Schicht n4_s, das bei der Bestrahlung der Schicht n5 wieder zu einer doppelt so dicken Pulverschicht führt. Im durch d5 gegebenen Gebiet bildet dann die Schicht n5 die Oberfläche des Bauteils im Überhang. Die Abstände d6 und a6 definieren entsprechend die Schicht n6_s.

Das schichtselektierte Vorgehen bezieht sich somit auf die Selektion von Schichten (im Bei- spiel n2_s, n4_s, n6_s, n8_s), die nicht zur Oberflächenformung beitragen sollen, und von Schichten (im Beispiel nl, n3, n5, n7, n9), die bis zum Konturverlauf bestrahlt werden sollen und somit die Oberflächenform bestimmen.

Die Figuren 6A bis 6D verdeutlichen die schichtselektive Bestrahlung in einer Aufsicht auf die Schichten nk, nl, n2_s, n3 im Übergangsbereich zwischen Hüllenbereich 41" und Kembe- reich 39", wie sie beispielsweise für einen geraden Konturverlauf der Schichten im Bereich der Überhangstruktur 47 (siehe auch Fig. 9) gegeben sein können. In den Figuren sind be- strahlte Bereiche gepunktet dargestellt, wobei zusätzlich beispielhafte Scanvektoren 49A,

49B, 49C, 49D eingezeichnet wurden. Ferner erkennt man die geradlinigen Abschnitte der Konturen 50A, 50B, 50C, 50D, die der Überhangstruktur 47 zugeordnet sind und (im Schnitt) in den Figuren 5Aund 5B eingezeichnet waren. Die Geometrie der Schicht nk bildet den Ausgangspunkt. Die darüber liegende Schicht nl erstreckt sich über den bestrahlten Bereich der Schicht nk hinweg. Zur Verdeutlichung wurde in Fig. 6B eine Art Kembereich kl angedeutet, der sich oberhalb des bestrahlten Bereichs der Schicht nk befindet. Neben dem Kembereich kl schließt sich ein weiterer bestrahlter Bereich hl an, der den Hüllenbereich 41" mitbestimmt und in diesem Fall dem Abstand dl zugeordnet ist.

Die Schicht n2_s erstreckt sich nur über einen Teil des bestrahlten Bereichs der Schicht nl und stellt somit nur einen Kembereich k2 dar, der in einem Abstand d2 vor dem Ende der Schicht nl endet.

Die Schicht n3 erstreckt sich über den bestrahlten Bereich der Schicht n2_s hinweg, d. h., ein weiterer bestrahlter Bereich h3 schließt sich an einen Kembereich k3 an. Ein erster Teil 51A des Bereichs h3 ist dem Abstand d2 zugeordnet und erstreckt sich oberhalb der Schicht nl.

Ein zweiter Teil 51B ist dem Abstand d3 zugeordnet und weist keinen bereits bestrahlten Be- reich unter sich auf. Der weitere bestrahlte Bereich h3 bestimmt den Hüllenbereich 41" mit.

Je nach Winkel des Überhangs kann in einigen Ausfühmngsformen ein Ausmaß der weiteren bestrahlten Bereiche und insbesondere der Teile 51A, 51B in der Auftragsrichtung gewählt werden. Je größer diese Bereiche sind, desto flacher kann die Überhangstruktur werden. Die Belichtung, d. h., der Energieeintrag, wird an das Ausmaß der weiteren bestrahlten Bereiche dadurch angepasst, dass z. B. nur noch jede (n+x)-te Schicht belichtet wird, so dass sich eine für den Hüllenbereich 41" günstige Volumenenergie einstellt.

Allgemein kann der Energieeintrag in Abhängigkeit vom Überhangwinkel angepasst werden, sodass beispielsweise mit zunehmendem Überhangwinkel ein höheres Vielfaches der Schich ten im Hüllenbereich belichtet wird. Beispielsweise kann eine Belichtung von Downskin- Bereichen im Hüllenbereich von Überhängen mit Oberflächen, die sich in einem Winkelbe- reich von 0° bis X° erstrecken, jede 4. Schicht (oder allgemein jede n-te Schicht) belichtet werden. Bei Oberflächen, die sich in einem Winkelbereich von X° - Y° erstrecken, kann jede 2. Schicht (oder allgemein jede m-te Schicht mit m<n) belichtet werden und bei Überhängen mit Oberflächen, die sich in einem Winkelbereich von Y° - 90° erstrecken, kann jede Schicht bis zur Kontur belichtet werden. In diesem Fall ist der Downskin-Bereich im Hüllenbereich anhand mehrerer Überhangwinkel (hier z. B. a_l=X° und a_2=Y°) in mehrere (hier z. B. drei) Zonen untergliedert. Die Zonen grenzen an den Überhangwinkeln aneinander an.

Fig. 7 zeigt schematisch weitere beispielhafte Schichtmodelle in einer Schnittdarstellung.

Hierzu zeigt Fig. 7 in einer schematischen Schnittdarstellung, dass sich nur jede vierte Schicht n(x), n(x+4), n(x+8), n(x+l2), bis zum gewünschten Konturverlauf in der jeweiligen Schicht fortsetzten kann. Dies kann beispielsweise hilfreich sein, wenn sehr dünne Schichten von we nigen 10 mth mit dem Beschichter aufgetragen werden, so dass die jeweils drei dazwischen liegenden Schichten n s zu der gewünschten Reduzierung des Energieeintrags im Hüllenbe- reich führen. In einer mit durchgezogenen Linien für die Schichten n s gezeigten Ausfüh rungsvariante enden die (verkürzt bestrahlten) Schichten n s übereinander, so dass im über stehenden Bereich der Schichten n(x+4), n(x+8), n(x+l2) immer die vierfache Schichtdicke gegeben ist.

Alternativ können die Schichten n s mit einem Versatz dem Verlauf der Oberfläche des Über hangs folgen, wie es gepunktet für die Schichten n_s gezeigt wird. In dieser alternativen Aus führungsform kann jede der Schichten beispielsweise um 200 pm verkürzt von der Kontur bestrahlt werden, so dass sich ein gleichmäßiger Hüllenbereich ausbildet.

Fig. 8 verdeutlicht schematisch ein Bauteil 3', das mit schichtselektiver Bestrahlung auf einer Bauplattform 17 gefertigt wurde und dessen Oberfläche sich von der Bauplattform unter ei nem Winkel a nach oben erstreckt. Schematisch erkennt man mit Kreuzchen hinterlegt die Bereiche der Schichten, die bestrahlt wurden. Der gepunktete Bereich deutet den Bereich dünnerer Dichte an bestrahlten Schichten, d. h., einen Hüllenbereich 41"' mit reduziertem Energieeintrag an. Er bildet die Oberfläche des Bauteils 3' aus. Der Hüllenbereich 41'" um fasst einen Kembereich 39'", in den der (maximale) Energieeintrag vorgenommen wurde.

Es wird angemerkt, dass im Überhangbereich des Bauteils keine abwechselnd geschmolzenen und nicht-geschmolzenen Schichten entstehen, sondern ein durchgehend aufgeschmolzenes Pulvervolumen, da die Belichtung einer Pulverschicht zu einer Schmelze führt, die über die jeweils bestrahle Pulverschicht hinaus wirkt. Gerade bei sehr dünnen Schichten und einer Leistung der Laserstrahlung, wie sie im Kembereich üblich ist, wird das Pulver von zwei oder mehr Schichten zumindest teilweise aufgeschmolzen. Fig. 9 ist eine Aufnahme von mehreren Bauteilen, die auf einer Bauplattform 17 mit einer Vor richtung zur generativen Fertigung hergestellt wurden, wie sie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt ist. Im Vordergrund erkennt man zwei Bauteile 53A, 53B, die eine saubere Oberflächenstruk tur im Überhangbereich auch auf der Seite aufweisen, die einer Bewegungsrichtung 55 des Beschichters entgegen gerichtet ist. Die Überhangbereiche wurden ohne Stützstrukturen mit einem Überhangwinkel von 30° bzw. 45° erzeugt.

Ähnliche Anordnungen von in der Form identischen Prüfobjekten können den eingangs be schriebenen Testfertigungsvorgängen bei Prüfverfahren zur Bestimmung der Parameter eines generativen Fertigungsprozesses zugrunde liegen.

Fig. 10 verdeutlicht, dass das Konzept der selektiven Bestrahlung zur Beeinflussung der Ei genschaften des Hüllenbereichs nicht auf den Downskin-Bereich beschränkt ist, wie er bei spielhaft in Zusammenhang mit den Figuren 4Aund 4B beschrieben wurde. Man erkennt im Schnitt einen Kembereich 57, der auf allen Seiten von einem Hüllenbereich umgeben ist, in dem die Dichte der bestrahlten Schichten reduziert wurde. Dabei wurde die Dicke des Hüllen bereichs im Downskin-Bereich 59A stärker gewählt als in den Sideskin- (Inskin-) Bereichen 59B und im Upskin-Bereich 59C. Die Bestrahlung der Schichten erfolgte in Richtung des Pfeils 61 gemäß einem Bestrahlungsplan, der nach den zuvor erläuterten Konzepten die Vo lumenenergie im Hüllenbereich anpasst. Beispielsweise können zonenspezifische Bestrah lungsstrategien implementiert werden, denen Zonen auf der Oberfläche des Bauteils zugeord net sind. Alternativ könnte das Konzept der selektiven Belichtung auch lediglich in Downskin- Bereichen angewendet werden, die unterhalb eines kritischen Winkels liegen und daher an sonsten mit Stützstrukturen gebaut werden müssten.

Fig. 1 1 erläutert die Situation, dass Pulverkomgrößen des Pulvers 5 im Bereich der mit dem Beschichter 23 erzeugten Schichtdicke (angedeutet durch eine gestrichelte Linie 68) ein An heben (Pfeil 69) und/oder Verformen von frisch erzeugten Bereichen eines Bauteils 63 über eine Oberfläche 65 des Pulverbetts bewirken können. Insbesondere können sich besonders große Pulverkömer 67 an der Vorderseite des Bauteils 63 ansammeln und Druck auf den ge rade eben erst mit dem Bestrahlungssystem 15 bestrahlten und frisch aufgebauten Bereich ausüben. Aufgrund der Verformung reduziert sich die Größe des Spalts zwischen der Unter kante des Beschichters 23 und dem oberen Ende des Bauteils. Neben dem in Zusammenhang mit Fig. 11 angesprochenen Effekt des Anhebens von insbe- sondere Überhangstrukturen durch große Pulverkömer besteht ferner die Möglichkeit, dass sich die Überhangkante aufgrund von Eigenspannungen des Bauteils aus dem Pulverbett her aus verziehen kann. Auch dadurch kann sich die Größe des Spalts zwischen Beschichterunter kante und Überhangoberkante reduzieren. Da die Pulverkömer einen Durchmesser von ca. 15 mhi bis 45 mhi aufweisen, passen die größeren Pulverkömer nicht mehr durch den Spalt und können sich vor der Überhangkante stauen.

Wird der Überhang weiter in diese Richtung aufgebaut, kann der Effekt durch das bereits an gestaute Pulver verstärkt werden und die Überhangkante zieht sich noch weiter in Richtung der Unterkante des Beschichters 23. So kann es zur Kollision zwischen der Bauteiloberkante und dem Beschichter kommen, was zum Abbmch des Bauprozesses führen kann. Die hierin offenbarten Konzepte, insbesondere der Einsatz einer schichtselektiven Belichtung, können dieses Risiko reduzieren.

Zur Vollständigkeit wird erwähnt, dass der Ansatz einer Downskin-Belichtung, wie sie bei spielsweise in Zusammenhang mit der eingangs erwähnten EP 3 127 635 Al umgesetzt wer den kann, ferner mit der hierin vorgeschlagenen schichtselektiven Downskin-Belichtung und/oder der verschachtelten Zonenbelichtung kombiniert werden kann.

Eine beispielhafte Implementiemng der Verwendung von variierten Laserparametem bei der Bestrahlung kontumaher Bereiche wird in Zusammenhang mit Fig. 12 erläutert. Man erkennt ein Bestrahlungspattem 69, wie es z. B. für die Schicht n3 der Fig. 5B im Bestrahlungsplan vorgesehen werden könnte.

Das Bestrahlungspattem 69 basiert auf schachfeldartig angeordneten (rechteckigen) Bestrah lungsfeldern, wobei jedem Feld ein spezifischer Belichtungspfad, umfassend mehrere Scan vektoren, zugeordnet ist. Auf der Innenseite (links in Fig. 12) erkennt man eine Anordnung von zwei Arten von (Kern-) Belichtungspfaden 7lk, 73k, wobei die durchgezogenen Linien ein Einstrahlen mit Inskin-Parametem andeutet. Die Belichtungspfaden 7lk, 73k sind bei spielhaft um 90° zueinander gedreht und bewirken ein Aufschmelzen des Pulvers im für den Kern vorgesehenen Umfang. Allgemein ist es üblich, eine derartige Untergliedemng einer Schicht in Bestrahlungsfelder vorzunehmen, wobei für die Bestrahlungsfelder unterschiedli- che Bestrahlungsparameter insbesondere zur Homogenisierung des Volumenenergieeintrags im Bestrahlungsplan festgelegt werden können.

Auf der Seite der Konturlinie 50D' erkennt man Belichtungspfade 7lr, 73r, die in kontumahen Feldern mit gestrichelten Linien zur Verdeutlichung einer reduzierten (variierten) Laserleis- tung dargestellt sind. Schneidet die Konturlinie 50D' ein Feld, wird nur der innen liegende Bereich des Feldes mit einem entsprechend verkürzten Scanvektor bestrahlt, um den geplan ten Oberflächenverlauf des Bauteils auszubilden. Es wird angemerkt, dass kurze Scanvektoren in einem Feld aufgrund der teilweisen Bestrahlung eines Feldes die Fertigung verlangsamen, da dies viele Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge für eine kleine belichtete Fläche erfor dert.

Die Kombination des Ansatzes der selektiven Bestrahlung mit der Energiereduzierung führt nun dazu, dass z. B. größere Streifen entlang der Konturlinie 50D’ vorliegen, die mit der (nur einmal einzustellenden) Laserintensität bestrahlt werden.

Zur Verdeutlichung des Hintergrundes sind in Fig. 12 zusätzlich eine Konturlinie 50C und eine Konturlinie 50B’ der vorausgehenden (verkürzt bestrahlten Schicht (in Fig. 5B die Schicht n2) und der letzten bis zur Kontur bestrahlten Schicht (in Fig. 5B die Schicht nl) ein gezeichnet. Man kann erkennen, dass, wenn jede Schicht (nl, n2, n3) bis zur jeweiligen Kon tur bestrahlt wird und nur im Überhangbereich die Intensität (z. B. gemäß EP 3 127 635 Al) reduziert wird, sich zwei schmale Streifen in den Schichten n2 und n3 ergeben. Die Streifen würden zwischen der Konturlinie 50B’ und der Konturlinie 50C und zwischen der Konturlinie 50C und der Konturlinie 50D’ verlaufen und mit entsprechend vielen kurzen Scanvektoren bestrahlt werden (nicht in Fig. 12 eingezeichnet).

Bei der selektiven Bestrahlung kann nun die Schicht n2 bis zur Konturlinie 50C mit voller Intensität bestrahlt werden (nicht in Fig. 12 eingezeichnet). Dafür erstreckt sich die Bestrah lung der in Fig. 12 dargestellten Schicht n3 mit reduzierter Intensität in einem größeren Be reich zwischen der Konturlinie 5 OB’ und der Konturlinie 50D’ und kann so unter anderem mit entsprechend größeren Scanvektoren bestrahlt werden, was die Fertigung beschleunigt.

Ferner kann bei der Kombination des Ansatzes der selektiven Bestrahlung mit der Energiere duzierung der Bestrahlungsplan derart entworfen werden, dass der Übergang von den Inskin- Parametern auf die variierten Laserparameter nicht mehr exakt dem Verlauf der Konturlinie 50B' folgt, sondern die Schachfeldstruktur möglichst weitgehend bestehen bleibt. In der bei- spielhaften Umsetzung gemäß Fig. 12 werden all die Felder, durch die die Konturlinie 50B’ verläuft, als Ganzes mit der reduzierten Laserleistung bestrahlt. Entsprechend fällt nur im Be- reich der Konturlinie 50D’ eine Unterteilung der Felder in bestrahlte und nicht-bestrahlte Be- reiche an. In anderen Worten, die Schachfelder, die den Downskin-Bereich berühren bzw. bei denen die vorausgehende Schicht zumindest teilweise nicht bestrahlt wurde, werden mit redu- zierter Leistung belichtet. Der Bestrahlungs Vorgang kann so weiter beschleunigt werden.

Dies Vorgehen kann insbesondere dann vorteilhaft umgesetzt werden, wenn der Übergang aufgrund der selektiv nicht-bestrahlten Schichten weiter im Bauteilinneren liegt. Jedoch kann allgemein bei Bestrahlungsplänen, die im Überhangbereich die Intensität (z. B. gemäß EP 3 127 635 Al) reduzieren, der innere Wechsel auf Basis der Bestrahlungsfelder vorgenommen werden.

Fig. 13 zeigt schematisch ein schichtweise aufzubauendes Bauteil mit einem Abschnitt in der Form eines gekippten Zylinders 80. Zur Verdeutlichung wurden verschiedene Zonen auf der Zylindermantelfläche angedeutet: eine Upskin-Zone U, eine Inskin-Zone I und eine

Downskin-Zone D, die durch Übergangslinien t_UI, t_ID schematisch in Fig. 13 getrennt werden. Die den Zonen zugehörigen Abschnitte eines Hüllenbereichs 81A können mit eigenen zonenspezifischen Bestrahlungsstrategien aufgebaut werden, die sich voneinander und even tuell auch von der Bestrahlungsstrategie eines Kembereichs 81B unterscheiden. Man erkennt, dass für den gekippten Zylinder 80 jede Schicht eine Vielzahl von Ausrichtungswinkeln der Oberfläche aufweist. Beispielsweise umfasst die Downskin-Zone D einen Bereich von Über- hangwinkeln, die bis zur am Umkehrpunkt verlaufenden Finie F hin von beiden Seiten aus zunehmen.

Die verschiedenen Zonen sind durch Winkelbereiche gegeben, unter denen die entsprechen den Oberflächen verlaufen. Beispielsweise bezieht sich die Upskin-Zone U auf nach oben gerichtete Oberflächen bis zu einem Übergangswinkel ß_l, der z. B. im Bereich von 93° liegt. Die Inskin-Zone I bezieht sich auf zur Seite gerichtete Oberflächen in einem Winkelbereich zwischen dem Übergangswinkel ß_l und einem, einen leichten Überhang charakterisierenden, Übergangswinkel ß_2 (z. B. im Bereich von 93° bis 87°). Die Downskin-Zone D bezieht sich auf nach unten gerichtete Oberflächen, in diesem Fall ab dem Übergangswinkel ß_2, wobei eine maximale z. B. ohne Stützstrukturen umsetzbare Oberflächenschräge durch den ferti gungsprozessspezifischen kritischen Winkel (beispielsweise bei 30° angestrebt) gegeben sein kann. Die Downskin-Zone D kann z. B. im Winkelbereich von 87° bis 0° ausgebildet werden, wobei sie in weitere Zonen untergliedert werden kann, z. B. in einen Winkelbereich von 87° bis 45°, einen Winkelbereich von 45° bis 30° und eventuell in einen Winkelbereich von 30° bis 0°, falls auch Oberflächen jenseits des kritischen Winkels z. B. mit Hilfe von Stützstruktu- ren umzusetzen sind.

Wie bereits angesprochen kann sich bei der strikten Umsetzung eines definierten Übergangs- winkels für den Wechsel zwischen zonenspezifischen Bestrahlungsstrategien eine sichtbare, entlang der Übergangslinie t_UI bzw. der Übergangslinie t_ID verlaufende sprunghafte Ände- rung des Erscheinungsbildes der unterschiedlichen Bestrahlungsstrategien (insbesondere des Erscheinungsbildes der zugeordneten Zonen der Oberfläche) ausbilden.

Wie hierin nun ferner vorgeschlagen wird, kann eine Übergangslinie t_UI, t_ID zwischen de- finierten Zonen U, I, D in einen etwas breiteren Übergangsbereich 83, der in Fig. 13 schema tisch um die Übergangslinie t_ID angedeutet ist, ausgeweitet werden. Eine derartige Aufwei tung führt zu einer Glättung des Erscheinungsbildes und der Struktur im Bereich der Über gangslinie t_UI, t_ID. So kann ein stufenloser Übergang zwischen benachbarten Zonen ent stehen. Dies kann beispielsweise mit einem zufälligen Wechsel der den beiden benachbarten Zonen zugeordneten Bestrahlungsstrategien innerhalb des Übergangsbereichs 83 erfolgen.

Fig. 14 zeigt ein generativ gefertigtes Testobjekt 85 mit mehreren Abschnitten 85 A, 85B, in denen Überhangstrukturen ausgebildet werden (als schematische Strichzeichnung und Foto). Bei der Fertigung wurden zwei Bestrahlungsstrategien eingesetzt, da die Struktur in Upskin- Bereiche und einen Downskin-Bereich (die Oberfläche d des Downskin-Bereichs verläuft beispielhaft insgesamt unterhalb des kritischen Winkels) unterteilt wurde. Man erkennt im Abschnitt 85 A eine Glanzlinie t_UD, die den Wechsel zwischen den Bestrahlungsstrategien andeutet.

Schematisch wird in Fig. 14 verdeutlicht, wie im Bereich der Glanzlinie t_UD ein Übergangs bereich 83 vorgesehen werden kann, der bei der Zuordnung der Bestrahlungsstrategien in den einzelnen Schichten, d. h., in horizontaler Richtung/Schichtebenenrichtung, berücksichtigt werden kann, wie in Zusammenhang mit Fig. 15 erläutert wird. Zur Verdeutlichung ist in Fig. 14 ferner ein Übergangsbereich 83 v angedeutet, in dem sich Bestrahlungsstrategien von Schicht zu Schicht, d. h., in vertikaler Richtung, abwechseln können, wie in Zusammenhang mit Fig. 16 erläutert wird. In beiden Fällen kann die Verwendung von Übergangsbereichen zu geglätteten Zonenübergängen an der Oberfläche eines Testobjekts führen.

Eine Glättung erfolgt somit beispielhaft in einem Übergangsbereich, in dem der Zonenüber gang in den einzelnen Schichten variiert. Der Übergang zwischen einzelnen Zonen kann somit räumlich auf einen Bereich verteilt werden. Ein Zonenübergang in einem Übergangsbereich ist entsprechend nicht starr anhand eines Grenzwinkels definiert, sondern erfolgt sukzessive, beispielsweise in einem näher zu definierenden Winkelbereich. Dadurch können benachbarte Zonen sowohl in der Schichtebene (hier der X-Y-Ebene) als auch in vertikaler Richtung, d. h., in der Schichtaufbaurichtung (hier der Z-Richtung), verschmelzen.

Eine Umsetzung eines Zonenübergangs bei der Ansteuerung eines Bauprozesses von Bautei- len kann durch verschiedene Ansätze erfolgen.

In einem ersten Ansatz erfolgt eine Definition verschiedener Zonen (Upskin-, Downskin-, Inskin-Zone) nicht streng ab einem bestimmten Winkel, sondern innerhalb eines definierten Winkelbereichs. Ein konkret in einer Schicht einzusetzender Zonenübergangswinkel wird schichtweise auf einen Wert innerhalb der angegebenen Winkelgrenzen festgelegt. Dies kann zufällig oder nach einem bestimmten Muster erfolgen. In letzterem Fall kann die Festlegung z. B. zu alternierenden Bestrahlungsstrategien in übereinander gelegenen Bereichen aufeinander folgender Schichten (allgemein einem mehrfachen Hin- und Zurückwechseln zwischen den Bestrahlungsstrategien in einer Abfolge von benachbarten Schichten entlang der Schichtauf baurichtung) führen oder Bestrahlungsstrategien reichen unterschiedlich weit in einen die Oberfläche des dreidimensionalen Bauteils 3 formenden Übergangsbereich hinein.

In einigen Ausführungsformen der hierin beschriebenen Konzepte wird beispielsweise im Übergangsbereich mindestens fünfmal, mindestens zehnmal oder mindestens 50-mal zwischen den Bestrahlungsstrategien der benachbarten Zonen hin- und hergewechselt, wobei wie be schrieben außerhalb des Übergangsbereichs die den jeweiligen Zonen zugeordneten Bestrah lungsstrategien einheitlich eingesetzt werden. In einem weiteren Ansatz erfolgt eine Definition verschiedener Zonen (Upskin-, Downskin-, Inskin-Zonen) wie bisher streng ab einem bestimmten Winkel. Jedoch wird in jeder Schicht eine der angrenzenden Zonen ausgehend vom theoretischen Zonenübergang etwas vergrößert oder verkleinert, beispielsweise um ein oder mehrere Bestrahlungsfelder erweitert oder redu- ziert. Dies kann wiederum innerhalb von zuvor gesetzten Grenzen zufällig oder nach einer Systematik erfolgen.

In einigen Ausführungsformen der hierin beschriebenen Konzepte können beispielsweise im Übergangsbereich innerhalb einer Schicht in Richtung der angrenzenden Zone mindestens ein, mindestens fünf oder sogar mindestens 10 Bestrahlungsfelder für die Bestrahlung gemäß einer zonenspezifischen Bestrahlungsenergie hinzugenommen (bzw. von dieser entfernt) werden. Dabei kann die Anzahl variieren, so dass sich auch ein entsprechend variierende Abweichung vom theoretischen Zonenübergang ergibt.

In Fig. 15 ist eine Schicht 91 mit einem Abschnitt 41A, der einem Hüllenbereich zugeordnet ist, und einem Abschnitt 39A, der einem Kembereich zugeordnet ist, schematisch dargestellt. Im Hüllenbereich sind zwei Bestrahlungsstrategien Dl und D2 in Abhängigkeit des Über- hangwinkels vorgesehen. Auf der in der Fig. 15 linken und rechten Seite der dargestellten Schicht ergeben sich somit Zonen auf der Oberfläche des Bauteils, die der Bestrahlungsstrate- gie Dl zugeordnet sind; hier verläuft die Bestrahlung mit der Bestrahlungsstrategie Dl bis an den Rand des Bauteils. Auf der in der Figur 15 unteren Seite der dargestellten Schicht ergibt sich eine Zone auf der Oberfläche des Bauteils, die der Bestrahlungsstrategie D2 zugeordnet ist; hier verläuft die Bestrahlung mit der Bestrahlungsstrategie D2 bis an den Rand des Bau- teils. Zwischen den Bestrahlungsstrategien Dl und D2 erstrecken sich Übergangsbereiche 83, in denen je nach Zuordnung eine der Bestrahlungsstrategien Dl und D2 in schematisch ange- deuteten Bestrahlungsfeldem D1/D2 im dem Übergangsbereich 83 zugeordneten Hüllenbe- reich eingesetzt wird.

Zur Vollständigkeit werden Übergangsstellen t_DlD2, t_D2Dl angedeutet, bei denen ohne Umsetzung der hierin vorgeschlagenen Konzepte die Übergänge zwischen Dl und D2 bzw.

D2 und Dl verlaufen würden.

Gemäß den hierin vorgeschlagenen Ansätzen kann nun in einer Schicht der Wechsel zwischen den Bestrahlungsstrategien Dl und D2 im Übergangsbereich 83 gewählt werden, wobei jeder Wechsel innerhalb einer Schicht derart vorgenommen wird, dass eine räumliche Position des Wechsels in einer Abfolge von benachbarten Schichten bidirektional variiert. Dies wird in einer schematischen Aufsicht auf mehrere Schichten im Bereich der Übergangslinie t_DlD2 in der rechten Figurenhälfte verdeutlicht. Jeder Wechsel ist als Strich 91 in den einzelnen Schichten eingezeichnet. Auf der linken Seite eines jeden Strichs 91 erfolgt die generative Fertigung mit der Bestrahlungsstrategie Dl und auf der rechten Seite eines jeden Strichs 91 mit der Bestrahlungsstrategie D2. Man erkennt, dass die Positionen der Striche (d. h., der Wechsel) in der Schichtebene in beide Richtungen variieren und die Positionen entsprechend zueinander verschoben angeordnet sind. Im gezeigten Bereich verläuft der Zonenwechsel in einer Richtung senkrecht zur Z- Achse. In diesem Fall würde sich somit eine Übergangslinie in Z-Richtung ausbilden, wenn keine Verschachtelung der Bestrahlungsstrategien vorgenommen würde. Da im gezeigten Bereich die Positionen bidirektional variieren, d. h. im gezeigten Be- reich variieren die Positionen von einer Schicht zur nächsten sowohl von links nach rechts als auch von rechts nach links, erstreckt sich auch weiterhin der allgemeine Zonenwechsel in ei- ner Richtung senkrecht zur Z- Achse. (Würden dagegen die Positionen der Wechsel in der Schichtebene nur in einer Richtung variieren, beispielsweise immer nur nach rechts rücken, entspräche dies einem Zonenwechsel entlang einer Übergangslinie, die nicht mehr entlang der Z-Richtung verläuft.) Durch das bidirektionale Variieren der Positionen der Wechsel ergibt sich in den Übergangsbereichen 83 ein mehrfaches Hin- und Zurückwechseln zwischen den Bestrahlungsstrategien in einer Abfolge von benachbarten Schichten entlang der Schichtauf baurichtung (Z-Richtung in Fig. 15). (Wie nachfolgend in Zusammenhang mit Fig. 16 erläu tert wird, kann das Hin-und Zurückwechseln zwischen den Bestrahlungsstrategien auch ge samte Schichten betreffen.)

Mit anderen Worten kann die räumliche Position des Wechsels und/oder das Hin- und Zu rückwechseln durch Zuordnung von Übergangsparametem, insbesondere von Zonenüber- gangswinkeln, in einem Winkelbereich um einen vorbestimmten Übergangswinkel (der den angedeuteten Übergangslinien t_DlD2, t_D2Dl entspricht) bewirkt werden. Allgemein kann die Zuordnung insbesondere durch einen Zufallsalgorithmus oder nach einem vorgegebenen Muster erfolgen. Des Weiteren kann die räumliche Position des Wechsels und/oder das Hin- und Zurückwechseln durch eine Zuordnung eines vorbestimmten Übergangswinkels und ein Vergrößern oder Verkleinern sich aus dem Übergangswinkel ergebender Zonen bewirkt wer den. Das Vergrößern oder Verkleinern der sich aus dem Übergangswinkel ergebenden Zonen kann beispielsweise durch einen Zufallsalgorithmus oder nach einem vorgegebenen Muster im Übergangsbereich erfolgen.

Fig. 16 zeigt eine Seitenansicht eines Bauteils mit einer gekrümmten Seitenfläche, wobei die Seitenfläche ausgehend von einem Inskin-Bereich Downskin-Bereiche mit abnehmenden Überhangwinkeln ausbildet. Der Inskin-Bereich wird mit einer Bestrahlungsstrategie 10 und die Downskin-Bereiche werden mit zwei Bestrahlungsstrategien Dl und D2 im Hüllenbereich erzeugt. Fig. 16 zeigt entsprechend zwei Übergangsbereiche 83, die im Bereich von vorbe stimmten Übergangsparametem (vorbestimmten Überhangwinkeln, die zwischen den Bestrah lungsstrategien differenzieren) definiert werden. Beispielhafte vorbestimmte Überhangwinkel sind in Fig. 16 mit Punkten 93 angedeutet, wobei sich entlang der zugehörigen Schicht eine (horizontale) Glanzlinie ausbilden würde, wenn die hierin vorgeschlagenen Konzepte zur Glättung des Übergangs nicht umgesetzt werden. Am in Fig. 16 unteren Punkt 93 verläuft die Oberfläche des Bauteils beispielsweise unter einem Überhangwinkel ßl (z. B. 3° zur Vertika len bzw. 87° zur horizontalen Schichtebene). Ab dem Winkel ßl führt zum Beispiel eine An passung der Bestrahlungsstrategie zu einer vorteilhaften Ausbildung des Bauteils im Über hangbereich. Ferner verläuft am in Fig. 16 oberen Punkt 93 die Oberfläche des Bauteils bei spielsweise unter einem Überhangwinkel ß2 (z. B. 45° zur Vertikalen bzw. 45° zur horizonta len Schichtebene). Ab dem Winkel ß2 kann zum Beispiel eine Anpassung der Bestrahlungs strategie eine erforderliche Formtreue im Überhangbereich nicht mehr gewährleisten, so dass zusätzlich Stützstrukturen (nicht gezeigt) vorzusehen sind. Die Winkel ßl, ß2 stellen Über- gangswinkeln (beispielsweise den bereits angesprochenen kritischen Winkel) dar, wie sie ohne die hierin offenbarten Konzepte für das Lasersystem, das Pulver etc. bestimmt und eingesetzt werden würden. Gemäß den hierein offenbarten Konzepten werden in einem Winkelbereich um diese vorbestimmten Übergangswinkel (ßl, ß2) für die Teilbereich der Schichten Zonen- übergangswinkel abgeleitet; beispielsweise können die Zonenübergangswinkel mit einem Zu fallsalgorithmus, der Variationen des Winkels in einem vorgegebenen Bereich (z. B. ±3°), oder nach einem vorgegebenen Muster (+1°, -1°, +2°, -2°, +1°, -1°...) für die Schichten be stimmt/ausgegeben werden.

Beispielhaft sind zwei Ansätze a) und b) zur Glättung des Übergangs im oberen Übergangsbe reich 83 auf der rechten Seite der Fig. 16 - unter a) und b) - skizziert. Gemäß dem Ansatz a) werden aufeinanderfolgende Schichten im oberen Übergangsbereich 83 zufällig mit entweder der Bestrahlungsstrategie Dl oder der Bestrahlungsstrategie D2 erzeugt. Ansatz b) bezieht sich auf die zuvor diskutierte Reduzierung der bestrahlten Schichten in Ab- hängigkeit von Überhangswinkelbereichen. Beispielsweise wird zwischen den Übergangsbe- reichen 83 nur jede zweite Schicht bestrahlt (Bestrahlungsstrategie Dl') und bei den noch fla cheren Überhangswinkeln wird nur jede dritte Schicht bestrahlt (Bestrahlungsstrategie D2'). Im oberen Übergangsbereich 83 werden die Bestrahlungsstrategien Dl' oder D2’ beispielswei- se nach einem vorgegebenen Muster (hier alternierend) eingesetzt.

Wesentlich ist dabei, dass Bestrahlungsstrategien verschachtelt vorliegen, d. h., in Z-Richtung gibt es abwechselnd Schichten und/oder Gruppen von Schichten, die mit entweder der Be- strahlungsstrategie Dl' oder der Bestrahlungsstrategie D2' bestrahlt wurden. In anderen Wor ten gibt es Schichten oder Gruppen von Schichten, die mit einer Bestrahlungsstrategie erzeugt werden und die sowohl nach oben als auch nach unten an Schichten und/oder Gruppen von Schichten angrenzen, die mit einer anderen Bestrahlungsstrategie beleuchtet wurden. Diese dazwischen liegenden Gruppen von Schichten umfassen mindestens eine bis hin zu einigen 10 Schichten, beispielsweise bis zu ungefähr 50 oder auch ungefähr 150 Schichten. Bevorzugt erfolgt das Hin- und Herwechseln zwischen Bestrahlungsstrategien mehrfach, beispielsweise mindestens fünfmal oder mindestens zehnmal, beispielsweise zwanzigmal.

Es wird angemerkt, dass Ansatz b) entsprechend angepasst ebenfalls bei einem Wechsel in einer Schicht bzw. einer Gruppe von Schichten umgesetzt werden kann (siehe Beschreibung zur Fig. 15), wobei jeder Wechsel beispielsweise innerhalb einer Gruppe von Schichten derart vorgenommen wird, dass eine räumliche Position des Wechsels in einer Abfolge von benach barten Gruppen von Schichten bidirektional variiert. In diesem Fall stellen die in Fig. 15 auf der rechten Seite dargestellten Fagen nicht mehr einzelne Pulverschichten, sondern entspre chende Gruppen von Pulverschichten dar, wobei die Gruppen auf die schichtselektive Belich tung angepasst sind.

Fig. 16 zeigt ferner auch Aspekte eines Schichtstrukturmodels, das dem Fertigungsprozess des Bauteils zugrunde liegt. Man erkennt einen ersten Unterbereich 101 und einen zweiten Unter bereich 103 in einem Hüllenbereich 105 eines schematisch angedeuteten Schichtstrukturmo dels. Zu den Unterbereichen 101, 103 bilden sich Zonen (eine Inskin-Zone I und zwei

Downskin-Zonen D) auf der Oberfläche des (geplanten) Bauteils aus, wobei die Zonen der Unterbereiche 101, 103 aneinander angrenzen (analog zu den in Fig. 13 angedeuteten Upskin-, Downskin- und Inskin-Zonen). Ein Übergangsbereich 83 von der Zone I zur Zone D umfasst aneinander angrenzende Grenzabschnitte 1 83, D_83 der Zonen I, D.

Ergänzend bezugnehmend auf Fig. 15 können im Schichtstrukturmodel Teilbereiche T der Schichten im Hüllenbereich 4lAbestimmt werden, die die Oberfläche des dreidimensionalen Bauteils im Übergangsbereich 83 ausbilden.

Nun können die Bestrahlungsstrategien in den Teilbereichen beispielsweise wie folgt festge- legt werden. Weiter bezugnehmend auf Fig. 15 kann der Wechsel von der ersten zonenspezifi schen Bestrahlungsstrategie Dl zu der zweiten zonenspezifischen Bestrahlungsstrategie D2 innerhalb der Teilbereiche T der Schichten derart festgelegt werden, dass eine räumliche Posi- tion des Wechsels (Strich 91 in Fig. 15) auf der Oberfläche des Bauteils im Übergangsbereich 83 in einer Abfolge von benachbarten Schichten wie zuvor erläutert bidirektional variiert. Be- zugnehmend auf Fig. 16 (linke Seite oberer Übergangsbereich und rechte Seite) kann die Be- strahlungsstrategie Dl, D2 innerhalb der Teilbereiche T der Schichten in einer Abfolge von benachbarten Schichten und/oder Gruppen von Schichten entlang der Schichtaufbaurichtung Z derart festgelegt werden, dass mehrfach zwischen der ersten und der zweiten zonenspezifi schen Bestrahlungsstrategie (10, Dl, D2) entlang der Schichtaufbaurichtung Z hin- und her gewechselt wird. (Siehe auch die vorausgehende Beschreibung der Ansätze a) und b).)

Alternative Vorgehens weisen hinsichtlich des Einsatzes von verschiedenen Bestrahlungsstra tegien in einem Übergangsbereich beinhalten beispielsweise eine Bevorzugung einer Bestrah lungsstrategie nahe der Zone, in der die jeweilige Bestrahlungsstrategie primär umgesetzt wird.

Neben einer Verbesserung der Bauteiloptik können sich aus dem Einsatz von Übergangsberei chen weitere Vorteile ergeben wie der einer verbesserten Oberflächenqualität der Bauteile oder der einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in dem Bereich, da die Rauheit an Zonenübergängen reduziert werden kann, oder verbesserte mechanische Eigenschaften, da der Verschmelzungsvorgang z. B. in geringem Maße positiv beeinflusst werden kann.

Ferner wird man erkennen, dass die hierin offenbarten Aspekte auch in Kombination mit dem sogenannten„Adaptive Slicing“ eingesetzt werden können. Beim Adaptive Slicing werden Bauteilflächen, die in einem nur kleinen Winkel zur Pulverschichtebenen stehen, mittels dün- neren Schichten gefertigt als Bauteilflächen, die (nahezu) senkrecht zu den Pulverschichtebe- nen stehen. So kann z. B. eine weniger raue Oberfläche erhalten werden und die Fertigungs- dauer kann bei insgesamt guter Oberflächenqualität verkürzt werden. Es wird anerkannt werden, dass die hierin offenbarten Konzepte im gesamten Hüllenbereich oder nur in einem Abschnitt des Hüllenbereichs umgesetzt werden können. Beispielsweise können die hierin offenbarten Konzepte in einem Überhangbereich umgesetzt werden, der entgegen der Beschichtungsrichtung ausgerichtet ist, aber nicht in einem Abschnitt des Hül- lenbereichs, der in Beschichtungsrichtung ausgerichtet ist.

Mit Blick auf die hierin offenbarten Konzepte, können auch in den Kern- und Hüllenbereichen die Pulverschichtdicken über das Bauteil und damit auch der für den Kembereich benötigte Energieeintrag hinweg variieren. Jedoch ist bei Umsetzung der hierin offenbarten Konzepte zumindest in einem Unterbereich des Schichtaufbaus die Dichte der bestrahlten Pulverschich- ten im Hüllenbereich niedriger als die Dichte des angrenzenden Kembereichs (falls ein sol- cher vorhanden ist). Schichten des Hüllenbereichs ohne in Schichtrichtung angrenzenden Kembereich haben dann eine Dichte, die niedriger ist als ein Kembereich, der daran angren zen würde. Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenba rung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspmchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gmppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der bean spmchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.