Verfahren zum Bestimmen von Bauvorschriften für ein additives Fertigungsverfahren, Verfahren zum Erstellen einer Datenbank mit Korrekturmaßnahmen für die Prozessführung eines additiven Fertigungsverfahrens und ein Computer-Programmprodukt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von eine Prozessführung beschreibenden Bauvorschriften zur additiven Herstellung einer Baustruktur auf der Grundlage einer Simula tion der Herstellung der Baustruktur. Dabei werden für die Simulation folgende Schritte durchlaufen. Ein Fertigungsda tensatz für die Baustruktur, der die Baustruktur in herzu stellenden Lagen beschreibt, wird zur Verfügung gestellt. Ei ne globale Wärmeentwicklung in den bereits hergestellten La gen der Baustruktur unter Berücksichtigung einer Bauhistorie der Baustruktur und des Wärmeeintrags durch einen Energie strahl wird berechnet. Die lokale Wärmeentwicklung in der Um gebung des Wärmeeintrags durch den Energiestrahl wird be stimmt. Die Prozessführung wird unter Berücksichtigung der globalen Wärmeentwicklung und der lokalen Wärmeentwicklung bestimmt .

Als Bauvorschriften sollen Daten verstanden werden, welche einer Maschine zum additiven Herstellen der Baustruktur zur Verfügung gestellt werden. Hierzu gehören die Prozessparame ter für den Energiestrahl (beispielsweise einen Laserstrahl) sowie die Definition eines Werkzeugpfads. Als Werkzeug im fertigungstechnischen Sinne kommt der Energiestrahl zum Ein satz, so dass der Werkzeugpfad dem Bestrahlungspfad des Ener giestrahls entspricht. Der Werkzeugpfad besteht üblicherweise aus einer Vielzahl von aneinander gereihten Vektoren, die durch den Energiestrahl abgefahren werden. Die Bauschriften definieren damit eine Prozessführung, die durch die Maschine zum additiven Herstellen abgearbeitet wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen von Korrekturmaßnahmen der Prozessführung eines Verfahrens zur additiven Herstellung von Baustrukturen auf der Grundlage einer Simulation. Bei dieser Simulation wird eine Prozessfüh rung in Form von Fertigungsparametern des additiven Ferti gungsverfahrens festgelegt, um die Durchführung der Simulati on zu ermöglichen. Weiterhin wird ein Fertigungsdatensatz für die Baustruktur zur Verfügung gestellt. Dieser Fertigungsda tensatz beschreibt die Baustruktur in herzustellenden Lagen, da die Baustruktur in aufeinanderfolgenden Lagen hergestellt werden soll. Die Baustruktur kann aus einem herzustellenden Bauteil bestehen. Zu der Baustruktur gehören aber häufig auch Stützstrukturen, welche fertigungsbedingt zusammen mit dem Bauteil hergestellt werden und nach der Herstellung der Bau struktur von dem Bauteil entfernt werden. Bei der Simulation wird weiterhin eine globale Wärmeentwicklung in dem in Her stellung befindlichen Bauteil in Form einer Referenztempera tur T _r berücksichtigt. Außerdem wird die lokale Wärmeentwick lung in der Umgebung des Wärmeeintrags durch einen Energie strahl, beispielsweise einen Laserstrahl, berechnet. Wie be reits erwähnt, fährt der Energiestrahl einen bestimmten Werk zeugpfad ab, der durch die Prozessführung ebenso die durch die bereits erwähnten Prozessparameter vorgegeben wird.

Die Erfindung kann auch mit einem Speicherformat für Bauan weisungen für ein additives Fertigungsverfahren verwendet werden, indem ein Werkzeugpfad definiert ist, der aus einer Vielzahl von Vektoren zusammengesetzt ist. Unter einem Spei cherformat ist die Konfiguration eines Speichers zu verste hen, wobei die Konfiguration die Speicherung bestimmter ge wünschter Daten ermöglicht. Darunter fallen die Vektoren, die den Werkzeugpfad definieren. Diese definieren, wie bereits erwähnt, die Prozessführung hinsichtlich der erforderlichen Bewegung des Energiestrahls.

Zuletzt betrifft die Erfindung Computer-Programmprodukte mit Programmbefehlen zur Durchführung der oben genannten Verfah ren sowie eine Bereitstellungsvorrichtung für die besagten Computer-Programmprodukte . Als additive Fertigungsverfahren im Sinne dieser Anmeldung sollen Verfahren verstanden werden, bei denen das Material, aus dem ein Bauteil hergestellt werden soll, dem Bauteil wäh rend der Entstehung hinzugefügt wird. Dabei entsteht das Bau teil bereits in seiner endgültigen Gestalt oder zumindest an nähernd in dieser Gestalt.

Um das Bauteil hersteilen zu können, werden das Bauteil be schreibende Daten (CAD-Modell) für das gewählte additive Fer tigungsverfahren aufbereitet. Die Daten werden zur Erstellung von Anweisungen für die Fertigungsanlage in an das Ferti gungsverfahren angepasste Daten eines herzustellenden Werk stücks umgewandelt, damit in der Fertigungsanlage die geeig neten Prozessschritte zur sukzessiven Herstellung dieses Werkstücks ablaufen können. Die Daten werden dafür so aufbe reitet, dass die geometrischen Daten für die jeweils herzu stellenden Lagen (Slices) des Werkstücks zur Verfügung ste hen, was auch als Slicen bezeichnet wird. Das Werkstück kann eine vom Bauteil abweichende Gestalt haben. Beispielsweise kann ein herstellungsbedingter Bauteilverzug berücksichtigt werden, der durch eine abweichende Werkstückgeometrie kompen siert wird. Auch weist das Werkstück gewöhnlich Stützstruktu ren auf, die bei einer Nachbearbeitung des Bauteils wieder entfernt werden müssen.

Ausgangspunkt für die Durchführung eines additiven Ferti gungsverfahrens ist eine Beschreibung des Werkstücks in einem Geometriedatensatz, beispielsweise als STL-File (STL steht für Standard Tessellation Language) . Das STL-File enthält die dreidimensionalen Daten für eine Aufbereitung zwecks Herstel lung durch das additive Fertigungsverfahren. Aus dem STL-File wird ein Fertigungsdatensatz, beispielsweise ein CLI-File (CLI steht für Common Layer Interface) erzeugt, welcher eine zum additiven Herstellen geeignete Aufbereitung der Geometrie des Werkstücks in Lagen oder Scheiben (sog. Slices) enthält. Die Transformation der Daten wird als Slicen bezeichnet. Au ßerdem benötigt die Maschine weitere Vorgaben zum Herstellen, z.B. die Höhe der herzustellenden Lagen, die Ausrichtung der Schreibvektoren, also Richtung und Länge des Weges, welchen der Energiestrahl auf der Oberfläche des Pulverbettes be schreibt, und die Aufteilung der zu erzeugenden Werkstücklage in Sektoren, in denen bestimmte Verfahrensparameter gelten. Des Weiteren sind Fokusdurchmesser und Leistung des verwende ten Energiestrahls festzulegen. Das CLI-File und die Herstel lungsdaten bestimmen zusammen einen Ablaufplan, nach dem das im STL-File beschriebene Werkstück in der Fertigungsanlage Lage für Lage additiv hergestellt werden kann.

Wie oben stehend erläutert, werden additive Fertigungsverfah ren computergestützt durchgeführt, um ausgehend von einem das herzustellenden bauteilbeschreibenden Datensatz das reale Bausteine hersteilen zu können. Sofern es in der nachfolgen den Beschreibung nicht anders angegeben ist, beziehen sich die Begriffe "erstellen", "berechnen", "rechnen", "feststel len", "generieren", "konfigurieren", "modifizieren" und der gleichen, vorzugsweise auf Handlungen und/oder Prozesse und/oder Verarbeitungsschritte, die Daten verändern und/oder erzeugen und/oder die Daten in andere Daten überführen, wobei die Daten insbesondere als physikalische Größen dargestellt werden oder vorliegen können, beispielsweise als elektrische Impulse. Insbesondere ist der Ausdruck "Computer" breit aus zulegen, um alle elektronischen Geräte mit Datenverarbei tungseigenschaften abzudecken. Computer können somit bei spielsweise Personal Computer, Server, Handheld-Computer- Systeme, Pocket-PC-Geräte, Mobilfunkgeräte und andere Kommu nikationsgeräte, die rechnergestützt Daten verarbeiten kön nen, Prozessoren und andere elektronische Geräte zur Daten verarbeitung sein, die vorzugsweise auch zu einem Netzwerk zusammengeschlossen sein können.

Unter "rechnergestützt" kann im Zusammenhang mit der Erfin dung beispielsweise eine Implementierung des Verfahrens ver standen werden, bei dem ein Computer oder mehrere Computer mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt oder ausführen. Unter einem "Prozessor" kann im Zusammenhang mit der Erfin dung beispielsweise eine Maschine oder eine elektronische Schaltung verstanden werden. Bei einem Prozessor kann es sich insbesondere um einen Hauptprozessor (engl. Central Proces sing Unit, CPU) , einen Mikroprozessor oder einen Mikrokon troller, beispielsweise eine anwendungsspezifische integrier te Schaltung oder einen digitalen Signalprozessor, möglicher weise in Kombination mit einer Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen, etc. handeln. Bei einem Prozessor kann es sich beispielsweise auch um einen IC (integrierter Schalt kreis, engl. Integrated Circuit), insbesondere einen FPGA (engl. Field Programmable Gate Array) oder einen ASIC (anwen dungsspezifische integrierte Schaltung, engl. Application- Specific Integrated Circuit) , oder einen DSP (Digitaler Sig nalprozessor, engl. Digital Signal Processor) handeln. Auch kann unter einem Prozessor ein virtualisierter Prozessor oder eine Soft-CPU verstanden werden. Es kann sich beispielsweise auch um einen programmierbaren Prozessor handeln, der mit ei ner Konfiguration zur Ausführung des genannten erfindungsge mäßen Verfahrens ausgerüstet ist.

Unter einer "Speichereinheit" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein computerlesbarer Speicher in Form eines Arbeitsspeichers (engl. Random-Access Memory, RAM) oder einer Festplatte verstanden werden.

Als Beispiele für das additive Fertigen können das selektive Lasersintern (auch SLS für Selective Laser Sintering) , das Selektive Laserschmelzen (auch SLM für Slective Laser Mel- ting) und das Elektronenstrahlschmelzen (auch EBM für Elect ron Beam Melting) genannt werden. Diese Verfahren eignen sich insbesondere zur Verarbeitung von metallischen Werkstoffen in Form von Pulvern, mit denen Konstruktionsbauteile hergestellt werden können.

Beim SLM, SLS und EBM werden die Bauteile lagenweise in einem Pulverbett hergestellt. Diese Verfahren werden daher auch als pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren bezeichnet. Es wird jeweils eine Lage des Pulvers in dem Pulverbett er zeugt, die durch die Energiequelle (Laser oder Elektronen strahl) anschließend in denjenigen Bereichen lokal aufge schmolzen oder gesintert wird, in denen das Bauteil entstehen soll. So wird das Bauteil sukzessive lagenweise erzeugt und kann nach Fertigstellung dem Pulverbett entnommen werden.

Verfahren der eingangs angegebenen Art sind beispielsweise in der WO 2017/174160 Al beschrieben. Gemäß diesem Dokument wer den herstellungsbedingte Formabweichungen und Spannungen in einer mit einem additiven Herstellungsverfahren hergestellten Baustruktur dadurch ermittelt, dass eine Simulation durchge führt wird. Dabei werden sogenannte Superlagen erzeugt, die mehrere herzustellende Lagen aufweisen und dadurch den Re chenaufwand bei der Simulation verringern. Um dabei trotzdem ein Simulationsergebnis mit genügender Genauigkeit zu erhal ten, werden Schrumpfungsfaktoren für das verfestigte Material ermittelt, um in der jeweiligen Superlage eine effektive Schrumpfung zu berechnen.

Die Schrumpfung wird maßgeblich durch die während der Her stellung der Baustruktur herrschenden Temperaturen beein flusst. Daher wird bei dem Verfahren gemäß der WO 2017/174160 Al sowohl das thermische Verhalten der bisher hergestellten Baustruktur global berechnet sowie auch das direkte Abküh lungsverhalten des Schmelzbads in der gerade hergestellten Lage lokal. Mit dem Verfahren lässt sich der Aufwand bei der Simulation zwar verringern, allerdings ist die Simulation im Vorfeld einer Herstellung der Baustruktur nach wie vor mit einem bedeutenden Rechenaufwand verbunden. Das Endergebnis der Simulation ist eine Baustruktur, bei der die Schrumpfung und die Ausbildung von Gefügespannungen bei der Formgebung berücksichtigt sind, indem eine mittels des Simulationsver fahrens modifizierte Geometrie der Baustruktur hergestellt wird, die aufgrund der Spannungen und Schrumpfungen die ge wünschte Geometrie der Baustruktur annimmt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eingangs angegebenen Verfahren derart weiterzubilden, dass eine möglichst genaue Simulation eines additiven Herstellungsverfahrens mit vergleichsweise geringem Rechenaufwand ermöglicht wird. Zu diesem Zweck soll das Verfahren für die additive Herstellung der Baustruktur die Prozessführung bestimmen. Außerdem ist es Aufgabe der Er findung, ein Verfahren zum Bestimmen von Korrekturmaßnahmen einer Prozessführung zum Herstellen von Baustrukturen anzuge ben, bei der die Korrekturmaßnahmen auf der Grundlage einer Simulation ermittelt werden. Zuletzt ist es auch Aufgabe der Erfindung ein Speicherformat anzugeben, mit dem Bauanweisun gen für ein additives Fertigungsverfahren und somit die Pro zessführung des additiven Fertigungsverfahrens flexibel abge speichert werden kann. Zuletzt ist es Aufgabe der Erfindung, Computer-Programmprodukte anzugeben, mit denen sich die oben genannten Verfahren durchführen lassen.

Die Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren zum Bestimmen von eine Prozessführung beschreibenden Bauvor schriften zur additiven Herstellung einer Baustruktur erfin dungsgemäß dadurch gelöst, dass in Abhängigkeit der globalen Wärmeentwicklung und der lokalen Wärmeentwicklung aus einer Datenbank Korrekturmaßnahmen der Prozessführung geladen wer den. Diese Korrekturmaßnahmen der Prozessführung werden dann lokal einzelnen Vektoren des Werkzeugpfads des Energiestrahls zugeordnet. Als Korrekturmaßnahmen der Prozessführung, die aus den Bauschriften resultiert, eignen sich unterschiedliche Maßnahmen, die im Folgenden näher erläutert werden sollen. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens eine der folgenden Korrekturmaßnahmen zur Korrektur herangezogen werden :

- eine Verringerung der Leistung des Energiestrahls, so dass der Wärmeeintrag in die Oberfläche des in Entstehung befind lichen Bauteils verringert wird.

- Eine Verlängerung der Pausenzeiten zwischen den Bestrah lungszeiten einzelner Vektoren, so dass der Energieeintrag pro Zeiteinheit und damit die Leistungsdichte der eingetrage nen Energie verringert wird.

- Eine Vergrößerung der Verfahrgeschwindigkeit des Energie strahls, so dass der Leistungseintrag pro Flächeneinheit ver- ringert wird, da der Energiestrahl ein bestimmtes Flächenele ment der Oberfläche kürzer bestrahlt.

- Eine Vergrößerung des Hatch-Abstands zwischen den Vektoren, also des Abstands parallel verlaufender Linien der Bestrah lung, wodurch die Energiedichte pro Flächeneinheit verringert wird, indem in der Flächeneinheit weniger Vektoren verlaufen.

- Eine Veränderung der Vektorreihenfolge, wodurch z. B. er reicht werden kann, dass Vektoren in Bereichen einer kriti schen Wärmeentwicklung nicht direkt nacheinander, sondern in einem größeren Zeitabstand bestrahlt werden. Dabei steigen nicht die Pausenzeiten, sondern in der Zwischenzeit werden beispielsweise andere unkritische Vektoren belichtet.

- Eine Veränderung der Vektorlänge, wobei in Bereichen einer kritischen Wärmeentwicklung beispielsweise kürzere Vektoren vorgesehen werden, damit lokal ein früherer Wechsel zu einem anderen Teilbereich der zu belichtenden Fläche erfolgt.

- Eine Veränderung der Vektorausrichtung, wobei die Vekto rausrichtung beispielsweise so geändert werden kann, dass der Vektor zu einem größeren Anteil in Bereichen der zu belich tenden Fläche verläuft, die im Vergleich zum ursprünglichen Verlauf weniger kritisch hinsichtlich einer übermäßigen Wär meentwicklung sind.

Die oben stehenden Korrekturmaßnahmen haben gemeinsam, dass durch diese der Leistungseintrag in die Baustruktur verrin gert wird. Ein wesentliches Problem in der Fertigung von Bau teilen durch additive Fertigungsverfahren liegt nämlich in der Überhitzung der in Entstehung befindlichen Baustruktur. Normalerweise werden beispielsweise die Prozessparameter für den Energiestrahl an einem Standardkörper, wie z. B. einem massiven Würfel, erprobt und anschließend festgelegt. Eine real zu erzeugende Baustruktur beinhaltet aber oft dünnwandi ge oder überhängende Strukturen. In diesen Bereichen stellt der bereits hergestellte Teilkörper der Baustruktur lokal ei ne wesentlich kleinere thermische Kapazität zur Verfügung, so dass an diesen Stellen die hergestellte Struktur bei Verwen dung der standardisierten Prozessparameter lokal überhitzt. Dies führt zu unerwünscht großen Schmelzbädern und damit zu einer Erhöhung von Spannungen und Dehnungen im fertig herge stellten Bauteil. Außerdem kann es zu Bauteilfehlern aufgrund der Bildung großer Schmelzperlen im weiteren Aufbau der Bau strukturen kommen. Diese können die Applikation folgender Pulverschichten empfindlich stören und sogar einen Prozessab bruch notwendig machen, wenn eine Kollision zwischen einer vergrößerten Schmelzperle und der Beschichtungsvorrichtung das Werkstück oder die Beschichtungsvorrichtung beschädigen.

Diesem Problem kann vorgebeugt werden, wenn in identifizier ten Regionen der herzustellenden Baustruktur der Leistungs eintrag in die Oberfläche der bereits hergestellten Baustruk tur verringert wird. Die Korrekturmaßnahmen der Prozessfüh rung können gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Er findung derart bestimmt werden, dass ein durch den Energie strahl erzeugtes Schmelzbad eine Größe aufweist, die in einem festgelegten Intervall liegt. Dieses Intervall berücksich tigt, dass eine genaue Einstellung der Schmelzbadgröße ferti gungstechnisch nicht möglich ist. Gewisse Toleranzen müssen erlaubt sein, wobei die zulässigen Toleranzen das Intervall bestimmen. Es kann beispielsweise gemessen werden (durch Ver suche) , welche Abweichungen der Schmelzbadgröße noch hinnehm- bar sind, ohne dass es zu nicht akzeptablen Qualitätseinbußen für das Bauteil kommt. So wird das Intervall festgelegt.

Wird im fortlaufenden Verfahren das Schmelzbad zu groß, so ist die Leistung zu verringern. Dabei kann die Größe des Schmelzbads durch dessen Volumen an aufgeschmolzenem Material definiert sein. Auch ist es möglich, die radiale und/oder Tiefenausdehnung als Maß für die Größe zu verwenden. Hier durch entsteht eine Sollgröße, wobei das Intervall durch die zulässigen Toleranzabweichungen von der Sollgröße definiert ist .

Vorteilhaft wird die Ergebnisfindung dadurch erleichtert, dass die Schmelzbadgröße durch eine Simulation berechnet wird. Bei dieser Simulation wird die Bauhistorie des Bauteils berücksichtigt, d. h. wie das bisherige Bauteil entstanden ist. Hierbei sind sowohl die Geometrie des Bauteils, insbe sondere das Volumen, die Wärmekapazität des Materials, sowie die Historie des Energieeintrags von Bedeutung. Die Berech nung der Wärmeverteilung in dem bereits hergestellten Bauteil soll im Folgenden als makroskalige Simulation bezeichnet wer den, da die Geometrie des gesamten bereits hergestellten Bau teils hierbei berücksichtigt wird.

Um den Rechenaufwand gering zu halten und gleichzeitig ein gut angenähertes Simulationsergebnis zu bekommen, wird erfin dungsgemäß eine unvollständige Prozesssimulation verwendet, um die Daten zur Korrektur der Prozessführung zu erhalten. Unter einer unvollständigen Prozesssimulation wird eine Be rechnung verstanden, die die Temperaturverteilung sowie das Spannungs-Dehnungsverhalten entweder im gesamten Werkstück unter vereinfachten Annahmen oder mit realistischen Annahmen, allerdings in einem stark reduzierten Berechnungsvolumen durchführt. Diese Maßnahme ermöglicht es, mit heute verfügba ren Rechnern bei der Prozesssimulation von additiven Ferti gungsverfahren überhaupt zu wirtschaftlich attraktiven Re chenzeiten zu gelangen. Erfindungsgemäß wird bei dem Verfah ren zum Bestimmen der Prozessführung die Wärmeentwicklung in den bereits hergestellten Lagen der Baustruktur unter verein fachten Annahmen individuell für jede Baustruktur berechnet. Da sich die Wärmeverteilung in der bereits hergestellten Bau struktur im Vergleich zur Abkühlung des Schmelzbads langsam verändert, ist eine Berechnung unter vereinfachten Bedingun gen prinzipiell ausreichend. So kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dass der kumulierte Energieeintrag des Energiestrahls über die gesamte Fläche der hergestellten Lage eingetragen wird.

Für die Berechnung der Temperaturverteilung im Schmelzbad ist ein höherer Aufwand notwendig, um die komplexen Vorgänge _V or hersagen zu können. Im Rahmen der Erfindung wird in diesem Kontext die Größenordnung zur Berechnung des Schmelzbads bzw. der frisch aufgeschmolzenen Spur als mesoskalige Simulation bezeichnet. Dabei ist es möglich, den Wärmeeintrag durch den Energiestrahl in Abhängigkeit der direkten Bauteilumgebung zu berechnen (hierzu im Folgenden noch mehr) .

Der mit der mesoskaligen Simulation verbundene Rechenaufwand soll erfindungsgemäß dadurch verringert werden, dass für be rechnete mesoskalige Wärmeverteilungen eine Datenbank er stellt wird, in der Korrekturmaßnahmen für die Prozessführung zur Verfügung gestellt werden. Diese können erfindungsgemäß ausgewählt werden, indem die Bauteilumgebung geometrisch ohne aufwändige Berechnung der Temperaturverteilung im Bereich des Schmelzbads analysiert werden. Hierdurch wird vorteilhaft der Rechenaufwand beträchtlich vermindert, weswegen es erfin dungsgemäß möglich ist, lokal einzelnen Vektoren des Werk zeugpfads des Energiestrahls individuelle Korrekturmaßnahmen zuzuordnen. Dies ermöglicht eine Modifikation der Prozessfüh rung, während der Energiestrahl den Werkzeugpfad durchläuft. Insbesondere kann der Wärmeeintrag durch die Korrekturmaßnah men in Bereichen mit kritischer Überhitzungsneigung individu ell verringert werden. Hierdurch verbessert sich bei geringem Rechenaufwand nicht nur die Qualität des hergestellten Bau teils (Vermeidung von Fehlern wie Schweißperlen) . Auch die Ausbildung von Spannungen und Dehnungen in der hergestellten Baustruktur können vorteilhaft verringert werden.

Um die Geometrie der lokalen Umgebung des Schmelzbads beur teilen zu können, ist es gemäß einer vorteilhaften Ausgestal tung der Erfindung möglich, dass für einzelne Vektoren des Werkzeugpfads mindestens ein Massenintegral berechnet wird. Dabei wird über ein definiertes Volumen integriert (hierzu im Folgenden noch mehr) . Das Integrationsvolumen beinhaltet überdies einen Teil der dem Energiestrahl zugewandten Ober fläche der in Entstehung befindlichen Baustruktur. So ist es möglich, dass ein Punkt jedes Vektors in dem Integrationsvo lumen liegt. Vorteilhaft ist das Integrationsvolumen zentral symmetrische ausgebildet, so dass der betrachtete Punkt des Vektors im Zentrum dieses Integrationsvolumens liegt. Selbst verständlich liegen dann gleichzeitig auch andere Punkte des Vektors in dem Integrationsvolumen. Allerdings wird ein Be- zugspunkt definiert, der vorzugsweise im Zentrum des Integra tionsvolumens liegt. Die Zentralsymmetrie ergibt sich in der Ebene der Oberfläche der Baustruktur.

Die Berechnung eines Massenintegrals hat sich vorteilhaft als leicht zu berechnende und dennoch aussagekräftige Maßnahme zur Beurteilung des Wärmeverhaltens der Baustruktur in der Umgebung des Schmelzbads herausgestellt. Das Massenintegral ist proportional zur Wärmekapazität in der direkten Umgebung des Schmelzbads und stellt daher ein gutes Maß für die Beur teilung des lokalen thermischen Verhaltens der in Entstehung befindlichen Baustruktur dar. Vorteilhaft werden die Korrek turmaßnahmen in der Datenbank mit zugehörigen Massenintegra len gespeichert, so dass die Auswahl von geeigneten Korrek turmaßnahmen unter Berücksichtigung der Ähnlichkeit der Mas senintegrale ausgesucht werden kann (hierzu im Folgenden noch mehr) . Geeignete Korrekturmaßnahmen können dabei auch auf Ba sis eines Vergleichs des berechneten Massenintegrals mit in der Datenbank gespeicherten Massenintegralen bestimmt werden. Eine Ähnlichkeit kann dabei bezüglich eines Ähnlichkeitsmaßes festgestellt werden. Beispielsweise durch ein Differenzmaß des bestimmten Massenintegrals und des in der Datenbank hin terlegten Massenintegrals.

Längs des Werkzeugpfades wird an einigen Punkten (z. B. pro Vektor einmal) das mit der Funktion w(x,y,z) gewichtete Mas senintegral gebildet, wobei das Integrationsvolumen V bevorzugt ein Halb- Ellipsoid mit einer Halbachse 5r der Ausdehnung in der x-y- Ebene und einer Halbachse dz der Ausdehnung in negativer z- Richtung ist, wobei 5r und dz geeignet gewählte Parameter sind . Für jeden Vektor muss mindestens ein Massenintegral berechnet werden, welches dann repräsentativ für den Vektor verwendet werden kann. Bei kurzer Länge der Vektoren können Abweichun gen, die sich über die Länge der Vektoren für das Massenin tegral ergeben, vernachlässigt werden, ohne zu große Abwei chungen hinnehmen zu müssen. Insbesondere bei längeren Vekto ren können jedoch auch mehrere Massenintegrale für den Vektor berechnet werden.

So kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung für die Vektoren zumindest ein Massenintegral am Anfang und ein Massenintegral am Ende des Vektors berechnet werden. Vor zugsweise könnte ein weiteres Massenintegral in der Mitte des Vektors berechnet werden. Alternativ ist es auch möglich, dass auf dem Vektor in regelmäßigen Abständen Stützpunkte de finiert werden, für die das Massenintegral berechnet wird. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann dann von den je Vektor berechneten Massenintegralen für den Vektor dasjenige ausgewählt werden, welches den geringsten Wert hat. Hierdurch wird der Wärmeeintrag durch den Energiestrahl auf jeden Fall soweit gedrosselt, dass es nicht zu einer Überhitzung kommen kann. Die Verringerung des Wärmeeintrags fällt wegen der Be rücksichtigung des minimalen Massenintegrals dann eher zu hoch aus .

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass aus den je Vektor berechneten Massenintegralen ein Wert berechnet wird, der dem Mittelwert der Massenintegrale entspricht. Hierdurch wird ein Kompromiss angestrebt, dass einerseits die Verringerung des Energieeintrags für den betreffenden Vektor einerseits genü gend hoch ausfällt, um ein Überhitzen zu verhindern und ande rerseits nicht zu groß ausfällt, um zu verhindern, dass das Material nicht mehr vollständig aufgeschmolzen wird oder zu mindest das Schmelzbad zu klein wird.

Basierend bevorzugt auf dem Minimalwert des Massenintegrals M (alternativ dem Mittelwert von M) längs des Vektors und auf der erwarteten Referenztemperatur T(z) wird auf Grund der in der Datenbank abgelegten Regeln, die bevorzugt die Form einer analytischen Funktion f wie z.B.

Laserleistung = f( M_min (vektor) , Vektorlänge, T)

bei Verwendung des Minimalwertes

oder

Laserleistung = f( M_med (vektor) , Vektorlänge, T)

bei Verwendung des Mittelwertes oder auch einer für die Interpolation geeigneten Tabelle vor liegen, für jeden Vektor des Werkzeugpfades eine Korrektur der Prozessparameter berechnet. Alternativ kann die Laser leistung vom Start- zum Endpunkt des Vektors angepasst, oder (bei einer zu großen Spreizung des Massenintegrals) der Scan vektor in Subvektoren mit jeweils angepasster Leistung zer legt werden. Die Realisierung erfordert die Definition eines gegenüber dem Stand der Technik erweiterten Jobfile-Formats, welches die Möglichkeit zur Leistungsvariation innerhalb von Scanvektoren ermöglicht, und eine Erweiterung der aktuellen SLM-Maschinensteuerungen, die heute noch nicht auf die Verar beitung eines solchen erweiterten Jobfile-Formats ausgelegt sind (hierzu im Folgenden noch mehr) .

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung können verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Korrekturmaßnahmen für den betrachteten Vektor zur Anwendung kommen. Dabei kann das berechnete Massenintegral der Umgebung der Baustruktur mit in der Datenbank gespeicherten Massenintegralen vergli chen werden. Dann wird dasjenige gespeicherte Massenintegral aus der Datenbank ausgewählt, welches dem berechneten Massen integral am ähnlichsten ist. Die mit dem ausgewählten Massen integral abgespeicherten Korrekturmaßnahmen der Prozessfüh rung werden dann für den betrachteten Vektor ausgewählt und definieren damit eine eventuell erforderliche Verringerung des Wärmeeintrags. Dabei wird auch die globale Wärmeentwick lung berücksichtigt, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Ver fahren berechnet wurde. Diese Wärmeentwicklung kann bei- spielsweise als globale Temperatur T _g Berücksichtigung fin den. Die globale Wärmeentwicklung und die lokale Wärmeent wicklung können beispielsweise addiert werden, um die Gesamt wärmebelastung an der Stelle des Schmelzbads zu berechnen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die globale Wärmeent wicklung zu verwenden, um in der Datenbank ein geeignetes Massenintegral auszuwählen. In diesem Fall erfolgt die Simu lation der Massenintegrale bei einer bestimmten Referenztem peratur T _r , die das globale Temperaturniveau des Bauteils be schreibt .

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Bestimmung der Korrekturmaßnahmen, die in diesem Fall die Form von Korrekturwerten haben, das berechnete Massenintegral mit in einer Datenbank gespeicherten Massenintegralen vergli chen wird. Diejenigen gespeicherten Massenintegrale werden aus der Datenbank ausgewählt, welche den berechneten Massen integral am ähnlichsten sind. Hierbei kann es sich um mehrere Massenintegrale handeln (insbesondere zwei) , die beide in der Nähe des berechneten Massenintegrals liegen. Die mit den aus gewählten Massenintegralen abgespeicherten Korrekturwerte für die Prozessparameter der Prozessführung für den betrachteten Vektor werden dann ausgewählt, wobei eine Interpolation die ser Korrekturwerte durchgeführt wird. Das Ergebnis dieser In terpolation wird dann als resultierender Korrekturwert für die Korrektur der Prozessführung verwendet.

Werden die Massenintegrale für unterschiedliche Referenztem peraturen abgespeichert, so kann es sich bei den ausgewählten Massenintegralen, die den berechneten Massenintegralen am ähnlichsten sind, auch um Massenintegrale handeln, die ähnli che Referenztemperaturen wie die globale Temperatur jedoch nicht die gleiche Temperatur aufweisen. Auch hier ist eine Interpolation der Korrekturwerte möglich.

Die Korrekturmaßnahmen müssen in diesem Fall in Form von Kor rekturwerten vorliegen, weil dies Voraussetzung für eine In terpolation ist. Mit anderen Worten muss sich die Korrektur- maßnahme als Zahlenwert ausdrücken lassen, beispielsweise in der Verringerung der Laserleistung oder Vergrößerung des Hatch-Abstandes oder Verlängerung einer Pausenzeit. Durch ei ne Interpolation wird erreicht, dass bei einem begrenzten Vorrat an Elementen der Datenbank trotzdem eine vergleichs weise genaue Korrektur der Prozessführung möglich wird. Der damit verbundene Rechenaufwand einer Interpolation ist im Vergleich zum eingesparten Simulationsaufwand sehr gering, so dass die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens vorteilhaft ver bessert wird.

Das Massenintegral kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestal tung der Erfindung die Gestalt eines Ellipsoids oder eines Halbellipsoids haben, wobei eine Halbachse ör in der x-y- Ebene der herzustellenden Lage liegt und die Hauptachse des Ellipsoids dz in z-Richtung liegt. Insbesondere kann der El- lipsoid auch kugelförmig sein. Die Form der besagten Masse- ningetrale ist zentralsymmetrisch und in der Form der Geomet rie des Schmelzbads ähnlich. Auf diesem Wege lässt sich die Umgebung des Schmelzbads in alle Richtung mit gleicher Ge wichtung beurteilen, weswegen das Ergebnis des Masseninteg rals sich vorteilhaft gut an die Realität anpassen lässt.

Weiterhin wird die oben angegebene Aufgabe durch das eingangs angegebene Verfahren zum Bestimmen von Korrekturmaßnahmen für die Prozessführung eines Verfahrens zur additiven Herstellung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei dem Verfahren fol gende Schritte durchlaufen werden. Die lokale Wärmeentwick lung in der Umgebung des Wärmeeintrags durch den Energie strahl wird für repräsentative Volumenelemente mit vorgegebe ner Geometrie berechnet. Im Falle einer zu großen berechneten Wärmeentwicklung werden Korrekturmaßnahmen der Prozessführung lokal einzelnen Vektoren eines Werkzeugpfads des Energie strahls zugeordnet. Es wird ein Massenintegral über ein Teil volumen des repräsentativen Volumenelements berechnet, wobei in diesem Teilvolumen die Korrekturmaßnahmen erforderlich sind. Die Korrekturmaßnahmen werden dann mit dem zugehörigen Massenintegral in einer Datenbank abgespeichert. Als weitere Vorgaben kann auch die Temperatur berücksichtigt werden, die durch eine globale Wärmeentwicklung eines das repräsentative Volumenelement enthaltenen Werkstücks vorgegeben wird. Da diese für ein gesondert betrachtetes repräsentatives Volumen element nicht bekannt ist, kann das repräsentative Volumen element für eine Referenztemperatur oder mehrere unterschied licher Referenztemperaturen berechnet werden. Weiterhin müs sen bei der Simulation die Materialeigenschaften des verar beiteten Pulvermaterials Beachtung finden. Insbesondere zu nennen sind die Schmelztemperatur und die Wärmekapazität, die das Verhalten des Schmelzbads bei unterschiedlichen Tempera turen beeinflussen. Selbstverständlich muss auch der Werk zeugpfad für die Simulation festgelegt werden.

Das Verfahren hat den Vorteil, dass für die repräsentativen Volumenelemente die Wärmeentwicklung mit einem vergleichswei se hohen Rechenaufwand simuliert werden kann. Die repräsenta tiven Volumenelemente spiegeln dabei lokale Bauteilstrukturen wieder, die bei der Herstellung kritisch sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um Überhänge oder dünnwandige Struktu ren mit waagerechter Wandausrichtung handeln. In den reprä sentativen Volumenelementen wird dann unter den Vorgaben, wie sie für die Herstellung von realen Baustrukturen vorgegeben werden, eine Temperaturentwicklung ermittelt, so dass beur teilt werden kann, ob die kritische Geometrie der repräsenta tiven Volumenelemente zu einer kritischen Überhitzung einer real hergestellten Baustruktur führen würde. Anschließend können verschiedene Korrekturmaßnahmen durchgerechnet werden. Wird für ein repräsentatives Volumenelement eine Korrektur maßnahme aufgefunden, welche das Überhitzungsproblem zufrie denstellen löst, kann diese Korrekturmaßnahme mit den zugehö rigen Massenintegral über dem repräsentativen Volumenelement in der Datenbank abgespeichert werden. Durch einen Vergleich der Massenintegrale, die für eine reale Baustruktur berechnet wurden, mit den in der Datenbank abgelegten Massenintegrale lässt sich daher eine für die Herstellung einer realen Bau struktur geeignete Korrekturmaßnahme auswählen. Längs des Werkzeugpfades für das betreffende repräsentative Volumenelement wird an einigen Punkten (z. B. pro Vektor ein mal) das mit der Funktion w(x,y,z) gewichtete Massenintegral gebildet, wobei das Integrationsvolumen V bevorzugt ein Halb- Ellipsoid mit einer Halbachse 5r der Ausdehnung in der x-y- Ebene und einer Halbachse dz der Ausdehnung in negativer z- Richtung ist, wobei 5r und dz geeignet gewählte Parameter sind. Damit kann die Berechnung genauso erfolgen, wie im Ver fahren zum Bestimmen von Bauvorschriften für herzustellende Baustrukturen (wie oben bereits erläutert) , da die Massenin tegrale beider Verfahren miteinander vergleichbar sein müs sen .

Die repräsentativen Volumenelemente können ebenfalls als Bau strukturen verstanden werden, deren Geometrie hinsichtlich bestimmter kritischer geometrischer Merkmale eine Überhitzung provoziert. Diese Baustrukturen lassen daher durch eine Er mittlung einer geometrischen Ähnlichkeit mit einer später hergestellten realen Baustruktur eine Korrektur des Baujobs zu, ohne dass die lokale Wärmeentwicklung durch das Schmelz bad bei den realen Baustrukturen simuliert werden müsste. Hierin liegt erfindungsgemäß das enorme Einsparungspotential hinsichtlich des Simulationsaufwands, wobei erfindungsgemäß die Ähnlichkeit des simulierten repräsentativen Volumenele ments mit einem betreffenden lokalen Teilbereich der herzu stellenden Baustruktur über das Massenintegral hergestellt wird. Es hat sich nämlich gezeigt, dass das Massenintegral eine ausreichende Näherung für die Beurteilung der lokal zur Verfügung stehenden Wärmekapazität darstellt, weswegen die Auswahl der Korrekturmaßnahme vorteilhaft durch einen einfa chen Vergleich der Massenintegrale und evtl, eine Interpola tion von Korrekturmaßnahmen (bzw. Korrekturwerten, wie oben beschrieben) ermöglicht. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass die repräsentativen Volumenelemente die Form von Quadern, insbesondere Würfeln und/oder Prismen mit zwei parallel sich zu den Lagen erstreckenden Mantelflä chen und mindestens einer geneigt zu den Lagen verlaufenden und die parallelen Mantelflächen verbindenden Mantelfläche und/der Dreiecksprismen mit einer zu den Lagen parallel ver laufenden Mantelfläche aufweisen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Prismen mit ihren geneigten Flächen herzu stellende Überhänge simulieren, wobei diese mit unterschied lichen Winkeln in realen Baustrukturen auftreten können. Mit den Prismen lässt sich daher vorteilhaft einer der am häu figsten auftretenden Quellen für Überhitzungen überprüfen, nämlich Überhänge oder Hinterschneidungen in Baustrukturen. Die Quader können so ausgebildet werden, dass diese dünnwan dige Strukturen simulieren, unterhalb derer sich Pulvermate rial befindet, so dass eine Wärmeabfuhr im Wesentlichen auf das Material des Quaders beschränkt ist. Hierdurch lassen sich dünnwandige Strukturen simulieren, wobei diese beliebig im Pulverbett ausgerichtet sein können. Als Neigung wird ein Winkel der geneigten Fläche zur Ebene der Lagen von > 0° bis < 90° verstanden. Insbesondere kann die Neigung einen Winkel > 0° und < 30° aufweisen, da diese Neigungsfläche als kri tisch für die Wärmeentwicklung in der herzustellenden Bau struktur aufgefasst werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese hen, dass ein repräsentatives Volumenelement, welches insbe sondere quaderförmig ist, dessen Umrandung rundherum von Ma terial der Baustruktur umgeben ist, verwendet wird, um für die Prozessführung Referenzwerte zu ermitteln, wobei die Kor rekturparameter auf eine Verringerung des Energieeintrags durch den Energiestrahl zielen. Das quaderförmige repräsenta tive Volumenelement repräsentiert damit einen unkritischen Teilbereich einer herzustellenden Baustruktur, bei der der Wärmeeintrag maximiert werden kann. Hierzu ist es selbstver ständlich auch erforderlich, dass der Wärmeabfluss nach unten sowie nach außerhalb der Umrandung erfolgen kann. Alternativ zu einer Definition der Randbedingungen jenseits des reprä sentativen Volumenelements dahingehend, dass die Umrandung rundherum und unter dem repräsentativen Volumenelement von dem Material der Baustruktur umgeben ist, kann auch ein re präsentatives Volumenelement mit einem genügend großen Volu men verwendet werden, wobei dann nur die Herstellung einer neuen Lage in der Mitte dieses repräsentativen Volumenele ments betrachtet wird. Unter Verwendung eines repräsentativen Volumenelements zur Ermittlung von Referenzwerten ist es mög lich, dass verschiedene Parametersätze für die Herstellung der Baustruktur simuliert und miteinander verglichen werden. Alternativ ist es auch möglich, sich bei den Referenzwerten an Literaturwerten oder den Empfehlungen des Anlagenherstel lers zu orientieren.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Berechnung einer Schmelzbadgröße das Massenintegral über ein Teilvolumen des repräsentativen Volu menelements berechnet wird. Dieses Massenintegral enthält ei nen Teil der dem Energiestrahl zugewandten Oberfläche des re präsentativen Volumenelements. Außerdem wird dieses Massenin tegral auf mehreren Punkten des Werkzeugpfads lokalisiert, wobei für diese Punkte die Schmelzbadgröße unter Berücksich tigung der lokalen Wärmeentwicklung und einer Referenztempe- ratur T _r berechnet wird. Auf diesem Wege lässt sich vorteil haft ein Massenintegral erstellen, welches, wie oben be schrieben, auch in dem Verfahren zur Ermittlung der Korrek turmaßnahmen Anwendung finden kann. Dies erleichtert einen Vergleich der für die realen Baustrukturen ermittelten Mas senintegrale mit denjenigen, die in der Datenbank abgelegt sind. Insbesondere kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestal tung das Massenintegral die Gestalt eines Ellipsoids oder ei nes Halbellipsoids mit einer Halbachse ör in einer x-y-Ebene der herzustellenden Lage und dz in z-Richtung haben. Die Vor teile einer derartigen Gestaltung des Massenintegrals sind oben bereits erläutert worden. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Speicherformat für eine Prozessführung beschreibende Bauanweisungen, wobei in diesem Speicherformat für jeden Vektor des Werkzeugpfads Speicherplatz für Fertigungsparameter des additiven Ferti gungsverfahrens und/oder Korrekturparameter für diese Ferti gungsparameter vorhanden ist. Dieses Speicherformat ist damit vorteilhaft geeignet, individuelle Fertigungsparameter für jeden Vektor abzuspeichern. Bei diesen individuellen Ferti gungsparametern kann es sich um bereits mit dem oben angege ben Verfahren korrigierte Fertigungsparameter handeln. Für diesen Anwendungsfall des Speicherformats ist eine zusätzli che Abspeicherung von Korrekturparametern nicht mehr erfor derlich und es muss nur Speicherplatz für die Fertigungspara meter zur Verfügung gestellt werden. Eine andere Möglichkeit ist dadurch gegeben, dass bei der Prozessführung davon ausge gangen wird, dass, wie nach dem Stand der Technik üblich, für das Verfahren bestimmte standardisierte Fertigungsparameter festgelegt werden. In dem Speicherformat können dann aller dings Korrekturparameter für diese Standardparameter abge speichert werden. Bei diesem Anwendungsfall ist es lediglich erforderlich, dass Speicherplatz für die Korrekturparameter je Vektor vorgesehen ist. Es ist aber auch möglich, dass so wohl für die Fertigungsparameter als auch für die Korrektur parameter Speicherplatz vorgesehen wird. Dies ermöglicht die Änderung der Fertigungsparameter auch in mehreren Rekursions schleifen. Auch wenn für jeden Vektor individuell Fertigungs parameter festgelegt wurden, können diese also im weiteren Verfahrensverlauf durch Korrekturparameter angepasst werden, für die ebenfalls vektorindividuell Speicherplatz vorgesehen wurde. Dieser Anwendungsfall ist daher vorteilhaft dazu ge eignet, dass das Speicherformat flexibel verwendet werden kann. Insbesondere die beiden vorgenannten Anwendungsfälle sind durch das letztgenannte Speicherformat ebenfalls abge deckt .

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Speicherformats ist vorgesehen, dass Speicherplatz für zusätzliche Vektoren vorhanden ist, wobei die zusätzlichen Vektoren mit einer In- formation abspeicherbar sind, welche der bereits vorhandenen Vektoren diese ersetzen sollen. Dieses Speicherformat macht möglich, dass auch der Verlauf des Werkzeugpfads verändert werden kann. Wenn durch die Veränderung des Werkzeugpfads insgesamt mehr Vektoren vorgesehen werden sollen, steht die ser Speicherplatz vorteilhaft zur Abspeicherung dieser Vekto ren zur Verfügung. Außerdem ist es erforderlich, dass die In formation abspeicherbar ist, wo die zusätzlichen Vektoren eingefügt werden sollen. Durch die Einfügung muss insgesamt wieder ein Werkzeugpfad entstehen, der aus einer Kette von Vektoren besteht. Nur so ist sichergestellt, dass eine An steuerung des Energiestrahls mit den im Speicherformat abge speicherten Daten lückenlos definiert ist. Ein eigenes Format für zusätzliche Vektoren ist allerdings nicht nötig, wenn einfach ein modifiziertes File abgespeichert wird, in das die Vektoren bereits eingefügt oder ersetzt wurden.

Das genannte Speicherformat ist vorteilhaft dazu geeignet, eine effiziente Speicherung von modifizierten Daten zu ermög lichen, welche die Korrekturmaßnahmen der oben angegeben Ver fahren berücksichtigen. Es wird dadurch vorteilhaft eine Vo raussetzung geschaffen, dass mit dem erfindungsgemäßen Spei cherformat die modifizierten Daten für die Durchführung des additiven Fertigungsverfahrens schnell abgerufen werden kön nen .

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszei chen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen han delt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Kom ponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, wel che die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiter- bilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Er findung ergänzbar.

Es zeigen:

Figur 1 eine Anlage zur additiven Fertigung von Bauteilen im Schnitt mit einer Konfiguration zur rechnerge stützten Durchführung von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Verfahren, wobei die Konfigurati on als Blockschaltbild verschiedener Programmmodule dargestellt ist,

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver fahrens zum Bestimmen von Korrekturmaßnahmen als Flussdiagramm,

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel des repräsentativen Volu menelements, wie es zur Bestimmung der Korrektur maßnahmen nach einem Verfahren gemäß Figur 2 ange wendet werden kann,

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver fahrens zum Bestimmen von Bauvorschriften als

Flussdiagramm.

In Figur 1 ist eine Anlage 11 zum Laserschmelzen schematisch darstellt. Diese weist eine Prozesskammer 12 mit einem Fens ter 12a auf, in der ein Pulverbett 13 hergestellt werden kann. Zur Herstellung jeweils einer Lage des Pulverbettes 13 wird eine Verteilungseinrichtung in Form einer Rakel 14 über einen Pulvervorrat 15 und anschließend über das Pulverbett 13 bewegt, wodurch eine dünne Schicht an Pulver im Pulverbett 13 entsteht, die eine oberste Lage 25 des Pulverbettes bildet. Ein Laser 16 erzeugt dann einen Laserstrahl 17, der mittels einer optischen Umlenkvorrichtung mit Spiegel 18 durch das Fenster 12a in die Prozesskammer 12 gelangt und über die Oberfläche des Pulverbettes 13 bewegt wird. Dabei wird das Pulver am Auftreffpunkt des Energiestrahls 17 aufgeschmolzen, wodurch ein Werkstück oder eine Baustruktur 19 entsteht.

Das Pulverbett 13 entsteht auf einer Bauplattform 20, welche über einen Aktor 21 in einem topfförmigen Gehäuse 22 schritt weise um jeweils eine Pulverlagendicke abgesenkt werden kann. In dem Gehäuse 22 sowie der Bauplattform 20 sind Heizeinrich tungen 23a in Form von elektrischen Widerstandsheizungen (al ternativ sind auch Induktionsspulen möglich, nicht darge stellt) vorgesehen, welche das in Entstehung befindliche Werkstück 19 sowie die Partikel des Pulverbettes 13 vorwärmen können. Alternativ oder zusätzlich können auch Infrarotstrah ler als Heizeinrichtungen 23b in der Prozesskammer 12 ange ordnet werden, um die Oberfläche des Pulverbetts 13 zu be strahlen und dadurch zu erwärmen. Um den Energiebedarf zur Vorwärmung zu begrenzen, befindet sich an dem Gehäuse 22 au ßen eine Isolation 24 mit geringer thermischer Leitfähigkeit. Die Temperatur an der Oberfläche des Pulvers 13 kann durch eine Wärmebildkamera 27 ermittelt werden, um im Bedarfsfall die Heizleistung der Heizeinrichtungen 23a, 23b anzupassen. Alternativ zu der Wärmebildkamera 27 können auch Temperatur sensoren am Pulverbett verwendet werden (nicht dargestellt) .

Die Anlage 11 zum Laserschmelzen wird über eine erste

Schnittstelle S1 durch eine Steuereinrichtung CRL kontrol liert, welche vorher mit geeigneten Prozessdaten versorgt werden muss.

Um die Prozessdaten PAR zu generieren ist ein Prozessor oder eine Vielzahl von Prozessoren vorgesehen, mit denen ein Pro grammmodul CAD zur Durchführung eines Computer Aided Designs ein Programmmodul CAE zum Simulieren eines mit der Ferti gungsanlage durchführbaren Fertigungsverfahrens sowie ein Programmmodul CAM zur Vorbereitung des Herstellungsverfahrens des Bauteils 19 durch Generierung der Prozessdaten PARi vor gesehen ist. Die Hardware Infrastruktur mit dem Programmen CAD, CAE und CAM ist dazu geeignet, ein Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen von Korrekturverfahren gemäß Figur 2 und auch ein Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen der Prozessführung zur Herstellung eines Bauteils 19 gemäß Figur 4 durchzuführen.

Bei der Erklärung des Verfahrensablaufs gemäß Figur 2 und Fi gur 4 wird gleichzeitig auf die Funktionsstruktur gemäß Figur 1 Bezug genommen. Die einzelnen Programmmodule in Figur 1 sind mit Großbuchstaben A bis H gekennzeichnet. Die Verfah rensschritte gemäß Figur 2 und Figur 4 sind mit kleinen Buch staben a bis m gekennzeichnet. Soweit die Verfahrensschritte gemäß Figur 2 und Figur 4 in den Programmmodulen in Figur 1 ablaufen, stimmt der gewählte Kleinbuchstabe gemäß Figur 2 und Figur 4 jeweils mit dem gewählten Großbuchstaben gemäß Figur 1 überein.

Das Verfahren zum Bestimmen von Korrekturmaßnahmen (Figur 1 in Verbindung mit Figur 2) beginnt mit einer Erstellung von 3-D-Konstruktionsdaten durch das Programm CAD im Programmmo dul A, wobei in dem Verfahrensschritt a die Geometrie eines repräsentativen Volumenelements (im Folgenden kurz RVE) fest gelegt wird. In dem Programm CAM erfolgt in einem Programmmo dul B der Verfahrensschritt b, demgemäß das RVE auf der Bau platte 20m platziert wird. Hierdurch wird die Ausrichtung des RVE anhand der Oberfläche der horizontal ausgericheten Bau platte 20m definiert. Die Bauplatte 20m stellt dabei ein ima ginäres Abbild (Modell) der Bauplatte 20 der Fertigungsanlage zum additiven Fertigen dar.

In einem nächsten Verfahrensschritt c wird im Programmmodul C die Operation des sogenannten Slicen und Hatchen durchge führt. Beim Slicen wird das RVE in die zu herzustellenden La gen 25 unterteilt. Beim Hatchen wird der Werkzeugpfad festge legt, wobei hierbei standardisierte Verfahrensparameter PAR zu Grunde gelegt wurden. Zur Auswahl der standardisierten Verfahrensparameter PAR ist auch das verwendete Material MAT, aus dem das Pulver besteht, zu berücksichtigen. Im Programmmodul E kann nun der Verfahrensschritt e durchge führt werden, demgemäß eine mesoskalige Simulation SIM meso durchgeführt wird. Hierbei wird eine Referenztemperatur T _r berücksichtigt, die das Temperaturniveau beschreibt, auf dem sich das RVE bei der simulierten Herstellung der aktuellen Lage befindet. Die mesoskalige Simulation ermöglicht es, auch die Größe eines Schmelzbads 32 (vgl. Figur 3) zu beurteilen. Verlässt die Schmelzbadgröße dieses Intervall nicht, so kann der gewählte Satz von Verfahrensparametern PAR in einem

Schritt f in der Speichereinheit F also eine Regel RULE für das betreffende Verfahren abgelegt werden. Verlässt jedoch die Schmelzbadgröße das erlaubte Intervall, so muss ein Modi fikationsschritt m mit veränderten Verfahrensparametern PAR durchgeführt werden. Mit diesem wird wieder in den Programm schritt c eingestiegen und das Verfahren erneut im Programm schritt e der mesoskaligen Simulation unterzogen. Diese

Schritte werden wiederholt, bis die Schmelzbadgröße des

Schmelzbads 32 im zulässigen Intervall liegt.

Für das gerechnete RVE muss außerdem das Massenintegral M be rechnet werden, welches für die Vektoren 30 eines Werkzeug pfads 31 gilt. Hierzu wird ein Integrationsvolumen V gemäß Figur 3 berücksichtigt, welches im Schnitt eines der Vektoren 30 eingezeichnet ist. Dieses weist die Form eines Ellipsoids auf, deren Radius ör in einer x-y-Ebene auf der Oberfläche RVE und einer Tiefe z in z-Richtung aufweist. Das Massenin tegral M wird gemeinsam mit den zugehörigen für den betrach teten Vektor gültigen Verfahrensparametern PAR in der Regel datenbank RULE der Speichereinheit F abgelegt.

Für die Berechnung des Massenintegrals M sowie des Verfahrens des Schritts der Modifikation der Verfahrensparameter PAR im Verfahrensschritt m kann ein Korrekturmodul COR gemäß Figur 1 Verwendung finden. Hierbei handelt es sich um ein Programmmo dul, welches die Modifikation von Daten nach bestimmten Re geln durchführen kann. Wird nun ein bestimmtes Bauteil 19m gemäß Figur 4 für eine Fertigung vorbereitet, kann die Hardware- und Softwareumge bung gemäß Figur 1 ebenfalls genutzt werden. Das Bauteil 19m ist ein Modell des herzustellenden Bauteils 19 gemäß Figur 1, wobei dieses Modell im Verfahrensschritt a durch das Pro grammmodul A erstellt werden kann. Das anschließende Platzie ren im Verfahrensschritt b durch das Programmmodul B und das Slicen und Hatchen im Verfahrensschritt c durch das Programm modul C erfolgt wie zu Figur 2 bei den RVE beschrieben, daher wird dieser Vorgang an dieser Stelle nicht noch einmal geson dert erläutert.

Im Verfahrensschritt c werden zunächst standardisierte Para meter PAR verwendet, die in Abhängigkeit vom einzusetzenden Material MAT ausgewählt wurden. Abhängig von den gewählten Verfahrensparametern PAR, die den Energieeintrag in die Bau struktur 19m beeinflussen, kann anschließend in einem Verfah rensschritt d durch ein Programmmodul D eine makroskalige Si mulation SIMmacro durchgeführt werden. Hierbei wird die Tem peraturentwicklung in der gesamten hergestellten Baustruktur simuliert, wodurch es möglich wird, die in der herzustellen den Lage 25 herrschende Temperatur T _g zu berechnen. Bei der makroskaligen Simulation kann als Grundlage entweder die platzierte Baustruktur 19m gemäß dem Verfahrensschritt b oder die bereits geslicete Baustruktur 19m gemäß dem Verfahrens schritt c ausgewählt werden.

In Abhängigkeit der gewählten Prozessparameter PAR, also auch des Verlaufes der Vektoren 30 im Werkzeugpfad 31 und den La gen 25 des gesliceten Modells 19m kann nun ein Massenintegral für die einzelnen Vektoren berechnet werden. Dies erfolgt im Verfahrensschritt g durch das Korrekturmodul G. Nachdem das Massenintegral M bekannt ist, kann in dem Verfahrensschritt g aus der Regeldatenbank F ein Satz an korrigierten Verfahren sparametern PARi ausgewählt werden, wobei aufgrund der Über einstimmung der Massenintegrale aus der Datenbank bzw. des herzustellenden Bauteils der modifizierte Satz an Verfahren sparametern in einem Schritt h der Steuereinrichtung H zur Verfügung gestellt werden kann. Mit dieser lässt sich das Bauteil dann hersteilen.

Es kann mit einer Scangeschwindigkeit des Laserstrahls von mindestens 500 mm/s und höchstens 2000 mm/s, bevorzugt von mindestens 800 mm/s und höchstens 1200 mm/s,

mit einer Laserleistung von mindestens 125 W und höchstens 250W, bevorzugt von mindestens 150 W und höchstens 250 W, mit einem Spurabstand von mindestens 60 und höchstens 130 ym, bevorzugt von mindestens 80 und höchstens 120 ym

und mit einer Schichtdicke der Pulverlagen von mindestens 20 ym und höchstens 50 ym gearbeitet werden.

Zum Laserschmelzen kann ein Pulver mit Korngrößen von mindes- tens 10 ym und höchstens 45 ym verwendet werden, wobei eine

Größenverteilung D50 (d.h. 50 % der Partikel sind kleiner als dieser Wert) mindestens 17 ym und höchstens 27 ym beträgt. Pulver mit einer derartigen Größenverteilung lassen sich vor teilhaft gut mit pulverbettbasierten additiven Fertigungsver- fahren hersteilen, da diese sich zuverlässig im Pulverbett dosieren lassen.