Verfahren zum pulverbettbasierten additiven Herstellen eines Werkstücks, Verfahren zum Erstellen von Korrekturparametern für das erstgenannte Verfahren und Computerprogrammprodukt für das zweitgenannte Verfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum pulverbettbasierten additiven Herstellen eines Werkstücks, bei dem das Werkstück Lage für Lage in einem Pulverbett hergestellt wird, wobei die jeweils oberste Lage des Pulverbetts zur Herstellung des Werkstücks durch einen Energiestrahl verfestigt wird. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erstellen einer Konturfunktion zur Anwendung in dem vorgenannten Verfahren. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erstellen von Korrekturparametern für eine Korrekturfunktion betreffend Verfahrensparameter des additiven Fertigungsverfahrens zur Anwendung in dem erstgenannten Verfahren. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zum Erstellen einer Konturfunktion sowie ein Computerprogrammprodukt zum Erstel ^¬ len von Korrekturparametern für eine Korrekturfunktion.

Ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Werkstücks in einem Pulverbett ist in der DE 10 2015 205 316 beschrieben. Danach wird ein Werkstück in einem Pulverbett dadurch hergestellt, dass das Pulver durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen wird. Dies kann bei bestimmten Werkstoffen, wie beispielsweise Nickel-Basis-Superlegierungen, problematisch sein, weil die hohen Abkühlgeschwindigkeiten im Schmelzbad des Lasers zu Spannungen im Bauteil und zu einer Ausbildung eines nicht gewünschten metallischen Gefüges führen können. Als Gegenmaßnahme wird vorgeschlagen, dass das Pulverbett mittels einer Heizeinrichtung vorgewärmt wird, so dass die Temperaturdifferenz des Pulvers und des bereits hergestellten Bauteils im Vergleich zum Schmelzbad geringer ausfällt und so auch die Abkühlgeschwindigkeit verringert werden kann. Gemäß der US 2016/0332379 AI wird vorgeschlagen, dass bei ^¬ spielsweise bei einem Lasersintern die durch den Laser eingebrachte Energiemenge angepasst werden kann, indem zumindest in einer Teilregion der herzustellenden Lage die Dauer eines vorhergehenden Verfestigungsschritts der vorhergehenden Lage berücksichtigt wird, um den Energieeintrag in die aktuelle Lage zu bestimmen. Hierbei wird ein Korrekturfaktor ermittelt, der berücksichtigt, wie hoch der Energieeintrag in vor ^¬ hergehende Lagen des schon hergestellten Bauteils war. Hier- mit soll einem ungewollten Bauteilverzug entgegengewirkt wer ^¬ den .

Eine weitere Möglichkeit besteht gemäß der WO 2016/049621 AI darin, dass eine Vorheizung der aktuell zu verfestigenden La- ge durch eine externe Energiequelle bewerkstelligt werden kann. Hierbei wird ein erforderliches Wärmeprofil der zu ver ^¬ festigenden Lage berechnet, wobei hierbei auch nachfolgende noch herzustellende Lagen berücksichtigt werden können. Als pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren im Sinne dieser Anmeldung sollen Verfahren verstanden werden, bei denen das Material, aus dem ein Werkstück hergestellt werden soll, dem Werkstück während der Entstehung lagenweise hinzu ^¬ gefügt wird. Dabei entsteht das Werkstück bereits in seiner endgültigen Gestalt oder zumindest annähernd in dieser Ge ^¬ stalt durch Verfestigung der das Werkstück definierenden Konturen im Pulverbett.

Um das Werkstück herstellen zu können, werden das Werkstück beschreibende Daten (CAD-Modell) für das gewählte additive

Fertigungsverfahren aufbereitet. Die Daten werden zur Erstellung von Anweisungen für die Fertigungsanlage in an das Fertigungsverfahren angepasste Daten des Werkstücks umgewandelt, damit in der Fertigungsanlage die geeigneten Prozessschritte zur sukzessiven Herstellung des Werkstücks ablaufen können.

Die Daten werden dafür so aufbereitet, dass die geometrischen Daten für die Kontur der jeweils herzustellenden Lagen (Sli- ces) des Werkstücks zur Verfügung stehen, was auch als Slicen bezeichnet wird.

Als Beispiele für das additive Fertigen können das selektive, Laserschmelzen (auch SLM für Selective Laser Melting) und das Elektronenstrahlschmelzen (auch EBM für Electron Beam

Melting) genannt werden. Diese Verfahren eignen sich insbesondere zur Verarbeitung von metallischen Werkstoffen in Form von Pulvern, mit denen Konstruktionsbauteile hergestellt wer- den können.

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 Herstellung 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 die Kontur beschreibenden Scheiben (sog. Slices) enthält. Die Transformation der Daten wird als Slicen bezeichnet . Das Ergebnis des Slicens ist, dass die herzustellenden Lagen des Werkstücks mit einer bestimmten z-Höhe, z. B. 50 ym, aus ^¬ gestattet sind. Dies bedeutet, dass bei einem Werkstück, wel ^¬ ches beispielsweise 100 mm hoch ist, 2000 Werkstücklagen de ^¬ finiert werden müssen. Jede dieser Werkstücklagen beinhaltet neben ihrer Höhe in z-Richtung auch eine Konturinformation in einer x-y-Ebene, welche aus einem oder mehreren geschlossenen Polygonzügen besteht, in deren Inneren sich das Material der Werkstücklage befindet, während außerhalb kein Werkstückmate ^¬ rial vorgesehen ist, d. h. die Lage des Pulverbetts unbehan- delt bleibt.

Außerdem benötigt die Maschine weitere Vorgaben zum Herstel ^¬ len, 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 beschreibt, und die Aufteilung der zu erzeugenden Werkstücklage in Sektoren, in denen bestimmte Verfahrensparameter gel- ten. Desweiteren sind Fokusdurchmesser und Leistung des verwendeten Energiestrahls festzulegen. Das CLI-File und die Herstellungsdaten bestimmen zusammen einen Ablaufplan, nach dem das im STL-File beschriebene Werkstück in der Fertigungs ^¬ anlage Lage für Lage additiv hergestellt werden kann.

Grundlage der Erstellung des Ablaufplans sind die einzelnen Werkstücklagen mit ihren abgelegten Konturinformationen, anhand derer bei der Arbeitsvorbereitung eine Belichtungsstra ^¬ tegie festgelegt wird. Diese besteht im Wesentlichen aus Schritten einer Konturbelichtung und Straffurbelichtung . Im Rahmen der Konturbelichtung fährt der Energiestrahl einfach oder mehrfach die Konturlinie der Werkstücklage nach. Im Rah ^¬ men der Schraffurbelichtung (hatch) geschieht ein Ausfüllen der Fläche der Werkstücklage typischerweise mit gruppenweise parallelgeführten Belichtungsvektoren, wobei die Gruppen typischerweise ein Rechteckmuster einzelner Segment bilden.

Bei der Abarbeitung der vorstehend beschriebenen Ablaufpläne in einem additiven Herstellungsverfahren werden immer wieder Fertigungsprobleme beobachtet, die im schlimmsten Fall zu

Prozessabbrüchen führen können. Insbesondere bei Bauteilen, bei denen filigrane Strukturen mit einem geringen Bauteilvolumen hergestellt werden, kommt es immer wieder zu einer Überhitzung - verbunden mit einer Vergrößerung des Schmelz- bads, so dass zu viele Pulverpartikel geschmolzen werden. Im Verfahrensablauf lässt sich dann die Ausbildung einer

Schmelzperle beobachten, die nach ihrer Erstarrung aus dem Pulverbett herausragt und die Erzeugung nachfolgender Pulverlagen behindert oder sogar unmöglich macht, da der zur Her- Stellung der Pulverlage verwendete Pulverschieber an der erstarrten Perle hängenbleibt, was zu einem Prozessabbruch führt . Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum pulverbettbasierten additiven Herstellen eines Werkstücks anzugeben, mit die Wahrscheinlichkeit von Überhitzungen des Schmelzbads vergleichsweise gering ist. Außerdem ist es Auf- gäbe der Erfindung, ein Verfahren zum Erstellen einer Konturfunktion anzugeben, welche bei dem vorstehend genannten Verfahren Anwendung finden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erstellen von Korrekturparametern anzugeben, die in dem vorstehend genannten Verfahren zum Herstellen eines Bauteils Verwendung finden können. Zum

Schluss ist es Aufgabe der Erfindung Computerprogrammprodukte anzugeben, die die Erstellung einer Konturfunktion bzw. die Erstellung von Korrekturparametern entsprechend der diesbezüglichen vorstehend angegebenen Verfahren ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren zum pulverbettbasierten additiven Herstellen erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei dem Verfestigen der obersten Lage des Pulverbettes die unter der obersten Lage liegende Geometrie des bereits hergestellten Werkstückes berücksichtigt wird. Diese Berücksichtigung bewirkt erfindungsgemäß, dass die durch den Energiestrahl pro Flächeneinheit des Pulverbettes eingebrachte zeitlich gemittelte Leistung unter Anwendung von Korrekturparametern verringert wird, wenn der Wärmeabfluss in das bereits hergestellte Werkstück abhängig von der unterhalb des Energiestrahls zur Verfügung stehenden Werkstücktiefe verringert ist. Dabei repräsentiert die zur Verfügung stehen ^¬ de Werkstücktiefe das an dieser Stelle verfügbare Werkstück ^¬ volumen, von dem die Wärmeabführung aus dem Schmelzbad direkt abhängig ist. Je größer das Werkstückvolumen ist, desto mehr Wärme kann aus dem Schmelzbad aufgenommen und abgeleitet wer ^¬ den. Bei einem kleineren Werkstückvolumen ist die Wärmeabführung behindert, da das Pulverbett, was dieses Werkstückvolu ^¬ men umgibt, eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit und auch eine geringere Wärmekapazität aufweist.

Die Korrekturparameter bewirken vorteilhaft, dass der Energieeintrag durch den Energiestrahl in kritischen Zonen der herzustellenden Werkstücklage verringert wird. Der Energie ^¬ eintrag lässt sich durch die pro Flächeneinheit des Pulver ^¬ betts eingebrachte zeitlich gemittelte Leistung beschreiben. Daraus ergibt sich, welche Möglichkeiten bestehen, um Korrek- turparameter zu definieren. Diese können einzeln oder in Kombination zur Beeinflussung des Energieeintrags ausgewählt werden .

Eine erste Möglichkeit besteht darin, die Leistung des Ener- giestrahls abzusenken. Unabhängig von der Belichtungsstrate ^¬ gie wird hierdurch die in das Bauteil eingebrachte Energie ^¬ dichte proportional verringert. Eine andere Möglichkeit be ^¬ steht darin, die Vorschubgeschwindigkeit des Energiestrahls auf dem Pulverbett zu erhöhen. Hierdurch verringert sich die pro Flächeneinheit des Pulverbetts eingebrachte Leistung, da der Energiestrahl eine bestimmte Flächeneinheit des Pulver ^¬ betts in kürzerer Zeit überstreicht. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass zwischen dem Abfahren des Belichtungsvektors und dem Abfahren eines benachbarten Belichtungsvektors eine Bestrahlungspause eingehalten wird. Die Belichtungsvek ^¬ toren definieren jeweils Teilstücke des Wegs, die der Ener ^¬ giestrahl zur Verfestigung des Pulverbetts abfährt, so dass die Pause zwischen dem Abfahren benachbarter Belichtungsvektoren dazu führt, dass im zeitlichen Mittel die Leistung ver- ringert wird.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die unterhalb des Energiestrahls zur Verfügung stehende Werk ^¬ stücktiefe aus einem die Geometrie des Werkstücks beschrei- benden Datensatz berechnet wird. Diese Daten liegen aufgrund der erforderlichen Arbeitsvorbereitung für das additive Herstellen des Werkstücks ohnehin vor. Es ist möglich, als die Geometrie des Werkstücks beschreibenden Datensatz den Geomet ^¬ riedatensatz (beispielsweise als STL-File ausgeführt) oder den Fertigungsdatensatz (beispielsweise als CLI-File ausge ^¬ führt) zu verwenden. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die unterhalb des Energiestrahls zur Verfügung stehende Werkstück ^¬ tiefe nur bis zu einer festgelegten maximalen Tiefe berücksichtigt werden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die kriti- sehen Zustände einer Überhitzung des Schmelzbads und die da ^¬ mit verbundene Perlenbildung nur auftreten, wenn der Wärmeab- fluss in das bereits hergestellte Bauteil deutlich behindert ist. Ab einer bestimmten Werkstücktiefe ist es allerdings un ^¬ bedeutend, wie viel Bauteilvolumen unterhalb dieser bestimm- ten Werkstücktiefe zusätzlich zur Verfügung steht, da das

Werkstückvolumen bis zu dieser Tiefe ausreicht, um eine aus ^¬ reichende Wärmeabführung zu gewährleisten. Deshalb bleiben die nicht wesentlich an der Wärmeabführung beteiligten Werkstückbereiche unterhalb dieser maximalen Tiefe bei der Be- rechnung unberücksichtigt.

Vorteilhaft kann die maximale zu berücksichtigende Tiefe auf mindestens 0,5 mm und höchstens 2 mm, bevorzugt auf 1 mm, festgelegt werden. Alternativ ist es möglich, die maximal zu berücksichtigende Tiefe in bereits hergestellten Werkstückla ^¬ gen anzugeben, da diese aufgrund der Erstellung des Ablaufplans eine definierte Dicke aufweisen. Danach kann die maxi ^¬ mal zu berücksichtigende Tiefe auf mindestens 10 und höchs ^¬ tens 40 Lagen bevorzugt auf 20 Lagen festgelegt werden.

Die maximal zu berücksichtigende Tiefe hängt im Einzelnen von den Randbedingungen des ausgewählten additiven Herstellungsverfahrens und des zu verarbeitenden Materials ab. Bei dem zu verarbeitenden Material bilden beispielsweise die Wärmekapa- zität und das Wärmeleitvermögen eine wesentliche Rolle. Wei ^¬ terhin sind die Verfahrensparameter, insbesondere der standardmäßig vorgesehene Energieeintrag, also die durch den Energiestrahl pro Flächeneinheit des Pulverbetts eingebrachte zeitlich gemittelte Leistung, ein wesentlicher Einflussfak- tor.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann derart vorgegangen werden, dass die jeweils unterhalb des Ener- giestrahls zur Verfügung stehende Werkstücktiefe für die je ^¬ weils oberste Lage (also für jede Lage, da jede Lage im Pro- zess einmal die oberste Lage darstellt, während sie gerade hergestellt wird) als Konturfunktion ortsabhängig für den zu verfestigenden Flächenanteil der obersten Lage beschrieben wird. Der zu verfestigende Flächenanteil der obersten Lage des Pulverbetts ist somit der Flächenanteil, der die Werk ^¬ stücklage definiert und innerhalb der Kontur liegt, die durch die Konturfunktion beschrieben wird. Der Flächenanteil ist somit in einem x-y-Koordinatensystem ortsabhängig beschreibbar. Die Konturfunktion kann dabei vorteilhaft in tabellarischer Form aus einen Raster von Stützpunkten (x;y) abgespeichert werden. Hiermit kann beispielsweise ein modifiziertes CLI-File erstellt werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Konturfunktion auf 1 normiert wird, wobei der Wert 1 dort erreicht wird, wo die maximal zu berücksichtigende Tiefe erreicht wird. Hierdurch lässt sich ein Korrekturwert der Konturfunktion beispielsweise stütz- stellenabhängig einfach berücksichtigen, indem der Wert der Konturfunktion als Korrekturfaktor verwendet wird. Wird die unkritische maximal zu berücksichtigende Tiefe in dem bereits hergestellten Werkstück erreicht, so liegt dieser Faktor bei 1, d. h., dass keine Korrektur der eingebrachten Energie des Energiestrahls notwendig ist. Erreicht der Korrekturwert 0, bedeutet dies, dass das Werkstück an dieser Stelle in der da ^¬ runter liegenden Lage noch nicht hergestellt wurde. Aller ^¬ dings darf hier die durch den Energiestrahl eingebrachte Energie nicht auf 0 gesetzt werden, sondern auf einen Mini- malwert, der zur Ausbildung einer nicht durch vormals erzeug ^¬ te Werkstücklagen unterstützten neuen Werkstücklage notwendig ist .

Alternativ kann gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Er- findung auch vorgesehen werden, dass der Konturfunktion eine Korrekturfunktion zugeordnet wird, in der ortsabhängig die Korrekturparameter für die durch den Energiestrahl pro Flächeneinheit des Pulverbettes eingebrachte zeitlich gemittelte Leistung abgelegt werden. Auch die Korrekturfunktion kann in tabellarischer Form für ein Raster aus Stützpunkten (x;y) abgespeichert werden. Dies ermöglicht die Berücksichtigung von Erfahrungswerten, wie die durch den Energiestrahl eingebrach- te Energie abhängig von dem bereits hergestellten Werkstückvolumen verringert werden muss. Bei Vorliegen eines genügenden Erfahrungswissens kann die Korrekturfunktion vorteilhaft aus einer Bibliothek gespeist werden, die mögliche Korrekturparameter zur Verfügung stellt. Diese Korrekturparameter kön- nen beispielweise für bestimmte zu bearbeitende Materialien, für bestimmte charakteristische Bauteilgeometrien oder für bestimmte additive Fertigungsverfahren zusammengestellt wer ^¬ den .

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Korrekturparameter der zuzuordnenden Korrekturfunktion in Abhängigkeit des gemittelten Wertes der Korrekturfunktion oder des Minimalwertes der Korrekturfunktion längs eines Belichtungsvektors bestimmt werden, wobei der Belichtungsvektor ein geradliniges Element des Vorschubs des Energiestrahls ist. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens wird also der Belichtungsvektor als kleinste zu korrigierende Einheit behandelt. Dieser kann mit dem Korrekturfaktor der Korrekturfunktion einzeln oder gruppenweise mit anderen insbesondere parallel verlaufenden Belichtungsvektoren eines Segments innerhalb der zu belichtenden Kontur korrigiert werden.

Wird der gemittelte Wert der Korrekturfunktion verwendet, so fällt eine Korrektur geringer aus, als wenn der Minimalwert zur Bestimmung der Korrekturparameter verwendet wird. Bei Verwendung des Minimalwerts wird sozusagen das Worst-Case- Szenario für den betreffenden Belichtungsvektor berücksichtigt und die Korrektur fällt dementsprechend stärker aus. Ei ^¬ ne Entscheidung, welcher Wert berücksichtigt werden soll, kann beispielsweise von der Umgebung des Bauteils abhängig gemacht werden. Insbesondere kann gemäß einer weiteren Ausge ^¬ staltung der Erfindung bei der Bestimmung der Korrekturparameter innerhalb einer Randzone der Kontur zusätzlich eine Entfernung zum Rand der Kontur berücksichtigt werden. In der Randzone der Kontur fällt üblicherweise eine Verringerung des unterhalb des Schmelzbads liegenden Werkstückvolumens kriti ^¬ scher aus, weil am Rand ohnehin in einer Richtung quer zur Z- Richtung weniger Bauteilvolumen zur Verfügung steht. Hier kann beispielsweise der Minimalwert der Korrekturfunktion längs eines Belichtungsvektors verwendet werden, während au ^¬ ßerhalb der Randzone der Mittelwert verwendet wird. Weiterhin wird die eingangs angegebene Aufgabe mit einem Ver ^¬ fahren zum Erstellen einer Konturfunktion dadurch gelöst, dass die jeweils unterhalb eines zur Herstellung zu verwen ^¬ denden Energiestrahls zur Verfügung stehende Werkstücktiefe für zu bearbeitende Lagen des Pulverbettes als Konturfunktion ortsabhängig für den zu verfestigenden Flächenanteil der Lage berechnet wird. Die jeweils herzustellende Lage, für die die Konturfunktion berechnet wird, ist während der Herstellung in dem oben bereits beschriebenen Fertigungsverfahren die oberste Lage. Allerdings können die Konturfunktionen aller herzu- stellenden Lagen auch im Voraus bereits berechnet werden, da die hierzu erforderlichen Informationen in den das Werkstück beschreibenden Datensätzen bereits zur Verfügung stehen. Mit dem Verfahren lassen sich die oben bereits erläuterten Vorteile bei der Verfahrensführung erreichen, wonach eine Über- hitzung des Schmelzbads verhindert werden kann.

Weiterhin wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Erstellen von Korrekturparametern für eine Korrekturfunktion, die in dem oben beschriebe- nen Verfahren zum additiven Herstellen Anwendung finden kann. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Maß für die Ver ^¬ ringerung der durch den Energiestrahl pro Flächeneinheit des Pulverbetts eingebrachten zeitlich gemittelten Leistung durch Herstellen eines Probekörpers bestimmt wird. Aus dem ermit- telten Maß können die Korrekturparameter abgeleitet werden und mit für die Korrektur gültigen Randbedingungen für die Fertigung abgespeichert werden. Hierbei ist ein iteratives Vorgehen zur Überprüfung der Korrekturparameter möglich. Die Korrekturparameter können dann beispielsweise in einer Bibliothek abgelegt werden. Die Werte können dann bei Bedarf abgerufen werden, wenn sich bei dem herzustellenden Bauteil vergleichbare Strukturen ergeben wie bei dem Probekörper oder 5 vormals hergestellten Werkstücken.

Alternativ kann die Aufgabe auch dadurch gelöst werden, dass das Maß für die Verringerung der durch den Energiestrahl pro Flächeneinheit des Pulverbetts eingebrachten zeitlich gemit- l t) telten Leistung mit einem Simulationsprogramm berechnet wird, um aus dem Maß die Korrekturpartner abzuleiten. Auch diese können mit für die Korrektur gültigen Randbedingungen für die Fertigung abgespeichert werden. Auch hier ist ein iteratives Vorgehen zur Überprüfung der ermittelten Korrekturparameter

15 möglich, indem das Simulationsprogramm mehrfach durchlaufen wird. Das Simulationsprogramm kann auf die Herstellung von Probekörpern oder auf die Herstellung von Konstruktionsbauteilen angewandt werden. Auch ist es möglich, das vorstehend beschriebene Verfahren, aufweisend die Herstellung eines Pro ^¬

20 bekörpers mit dem Verfahren, aufweisend eine Simulation, zu kombinieren .

Die eingangs angegebene Aufgabe wird zuletzt auch durch ein Computerprogrammprodukt zum Erstellen einer Konturfunktion 25 gelöst, die zur Anwendung in dem vorstehend beschriebenen additiven Fertigungsverfahren geeignet ist. Dabei ist vorgese ^¬ hen, dass in dem Computerprogrammprodukt ein Erstellungspro ^¬ grammmodul vorgesehen ist, mit dem die jeweils unterhalb ei ^¬ nes zur Herstellung zu verwendenden Energiestrahls zur Verfü- 30 gung stehende Werkstücktiefe für eine zu bearbeitende Lage als Konturfunktion ortsabhängig für den zu verfestigenden Flächenanteil dieser Lage des Pulverbetts berechenbar ist. Das Erstellungsprogrammmodul weist eine erste Schnittstelle zur Eingabe von einen die Geometrie eines herzustellenden 35 Werkstücks beschreibenden Datensatz auf. Außerdem weist das

Erstellungsprogrammmodul eine zweite Schnittstelle zur Ausga ^¬ be der besagten Konturfunktion auf. Damit kann das Erstellungsprogrammmodul mit den erforderlichen Daten zur Erstel ^¬ lung der Konturfunktion versorgt werden und die berechnete Konturfunktion anschließend ausgeben.

Zuletzt wird die eingangs angegebene Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt zum Erstellen von Korrekturparametern für eine Korrekturfunktion gelöst, wobei die Konturfunktion in dem eingangs beschriebenen additiven Fertigungsverfahren zur Anwendung kommen kann. Die eingangs angegebene Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Simulationsprogrammmodul vorge- sehen ist, mit dem das Maß für die Verringerung der pro Flächeneinheit durch den Energiestrahl eingebrachten zeitlich gemittelten Leistung berechenbar ist. Das Simulationsprogrammmodul weist hierfür eine dritte Schnittstelle zur Einga ^¬ be von einem die Geometrie eines simuliert herzustellenden Werkstücks beschreibenden Datensatz auf, da dieser Datensatz für die Simulationsberechnung benötigt wird. Außerdem weist das Simulationsprogrammmodul eine vierte Schnittstelle zur Ausgabe des besagten Maßes auf. Aus dem Maß lässt sich dann unter Berücksichtigung der bei der Simulation verwendeten Randbedingungen für die simulierte Fertigung als Korrekturpa ^¬ rameter abspeichern.

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. Es zeigen : Figur 1 eine Anordnung zur Ausführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer geschnittenen schematischen Darstellung einer Laserschmelzanlage und Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukte als Block- Schaltbild, Figur 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung von Korrekturparametern durch ein Testverfahren dreidimensional, Figur 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen

Konturfunktion als Aufsicht,

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für die Ermittlung von Korrekturfaktoren abhängig von Belichtungsvektoren ge- mäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Verfahrens schematisch dreidimensional und

Figur 5 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens als Ablaufdiagramm.

In Figur 1 ist eine Anlage 11 zum Laserschmelzen schematisch darstellt. Diese weist eine Prozesskammer 12 auf, in der ein Pulverbett 13 hergestellt werden kann. Zur Herstellung je ^¬ weils einer Lage des Pulverbettes 13 wird eine Verteilungs- einrichtung 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 Um- lenkvorrichtung mit Spiegel 18 über die Oberfläche des Pul ^¬ verbettes 13 bewegt wird. Dabei wird das Pulver am Auftreff ^¬ punkt des Laserstrahls 17 aufgeschmolzen, wodurch ein Werkstück 19 entsteht. Das Pulverbett 13 entsteht auf einer Bauplattform 20, welche über einen Aktor 21 in einem topfförmigen Gehäuse 22 schrittweise um jeweils eine Pulverlagendicke abgesenkt werden kann. In dem Gehäuse 22 sowie der Bauplattform 20 sind Heizeinrichtungen 23 in Form von elektrischen Widerstandsheizungen (al- ternativ sind auch Induktionsspulen möglich) vorgesehen, welche das in Entstehung befindliche Werkstück 19 sowie die Par ^¬ tikel des Pulverbettes 13 vorwärmen können. Um den Energiebe ^¬ darf zur Vorwärmung zu begrenzen, befindet sich an dem Gehäu- se 22 außen eine Isolation 24 mit geringer thermischer Leitfähigkeit .

Die Anlage 11 zum Laserschmelzen wird durch eine Steuerein- richtung CRL kontrolliert, welche vorher mit geeigneten Pro ^¬ zessdaten versorgt werden muss. Zur Vorbereitung der Herstellung des Werkstücks 19 ist es zunächst erforderlich, in einem Konstruktionsprogramm CAD die drei dimensionalen Geometriedaten des Werkstücks zu erzeugen. Der so erzeugte Geometrieda- tensatz STL wird über eine fünfte Schnittstelle S5 an ein

System zur Fertigungsvorbereitung CAM gegeben. Auf dem System zur Fertigungsvorbereitung CAM ist einerseits ein Computerprogrammprodukt 26 installiert, welches ein Erstellungspro ^¬ grammmodul CON und ein Transformationsprogrammmodul SLC auf- weist. Im Transformationsprogrammmodul wird der Konstrukti ^¬ onsdatensatz STL (empfangen über die erste Schnittstelle Sl) in einen Fertigungsdatensatz CLI umgewandelt. Außerdem werden von dem Transformationsprogrammmodul Verfahrensparameter PRT festgelegt, die mit dem Fertigungsdatensatz CLI über die ers- te Schnittstelle Sl an das Erstellungsprogrammmodul CON wei ^¬ tergegeben werden. Hierbei handelt es sich um standardisierte Fertigungsparameter .

Das Erstellungsprogrammmodul CON dient zur Ermittlung von Korrekturfaktoren vf, welche bei den Fertigungsparametern PRT berücksichtigt werden sollen, damit es nicht zu einer Über ^¬ hitzung des Schmelzbads kommt. Diese werden nach deren Er ^¬ stellung über eine Schnittstelle S2 an die Steuereinrichtung CRL für die Anlage 11 weitergegeben und gegebenenfalls durch die Steuereinrichtung CRL vorteilhaft mit spezifischen Daten der Anlage 11 ergänzt. Hierfür benötigt die Steuereinrichtung CRL auch den Fertigungsdatensatz CLI, der die Geometrie des in Werkstücklagen aufgeteilten Maschinen enthält. Die Steuereinrichtung kommuniziert über eine neunte Schnittstelle S9 mit der Anlage.

Damit Korrekturparameter vf erzeugt werden können, berechnet das Erstellungsprogrammmodul CON zunächst erfindungsgemäß mit Tiefeninformationen ergänzte Konturfunktionen gcf eines herzustellenden Werkstücks, die neben der Information der Ausdehnung der zu verfestigenden Werkstücklage auch eine ortsabhängige Information darüber enthält, wie groß die unter dem Energiestrahl zur Verfügung stehende Werkstücktiefe z (vgl. Figur 2) ist. Diese Information ist von den Variablen x und y abhängig, was durch den Ausdruck gcf (x,y) zum Ausdruck gebracht werden kann. Aus der Konturfunktion lassen sich dann ortsaufgelöst die Korrekturparameter vf, die ebenfalls von den Variablen x und y abhängig sind, ermitteln, weswegen ebenfalls vf als Funktion vf (x,y) geschrieben werden kann.

Zur Berechnung der Korrekturfunktion vf benötigt das Erstellungsprogrammmodul CON Daten, die aus einer Bibliothek LIB stammen können. Diese ist gemäß Figur 1 als externe Biblio ^¬ thek LIB dargestellt und über eine sechste Schnittstelle mit dem Erstellungsprogrammmodul CON verbunden (Kommunikation in beide Richtungen möglich) . Um Daten für die Erstellung von Korrekturparametern vf zu erhalten, kann auch ein Simulationsprogrammmodul SIM verwendet werden, welches in einem zweiten Computerprogrammprodukt 27 implementiert ist. Dieses erhält über eine dritte Schnitt ^¬ stelle S3 den Fertigungsdatensatz CLI und Fertigungsparameter PRT, wobei mit diesen Daten eine additive Herstellung des

Werkstücks simuliert werden kann. Alternativ können typische Teilstrukturen von Werkstücken oder Probekörper mit dem Simulationsprogramm berechnet werden. Das Ergebnis dieser Simulationsberechnungen kann in der Bibliothek LIB über eine sie- bente Schnittstelle S7 abgespeichert werden.

Ein alternatives Vorgehen besteht darin, dass Teststrukturen TST mit der Anlage 11 oder anderen Anlagen hergestellt werden können, um zu ermitteln, ob es zu Überhitzungen des Schmelz- bads kommt. Auf diesem Wege können auch Korrekturparameter ausprobiert werden. Auch diese Ergebnisse können in der Bib ^¬ liothek LIB unter Ausnutzung einer achten Schnittstelle S8 gespeichert werden. Alternativ können die Testergebnisse der Tests TST oder der Simulationsberechnungen im Simulationsprogrammmodul SIM auch über eine vierte Schnittstelle S4 an das Erstellungsprogrammmodul CON weitergegeben werden, so dass hieraus die Korrekturparameter vf ermittelt werden können.

Figur 2 zeigt eine mögliche Struktur eines Probekörpers 28, der mit einem Teil des den Probekörper 28 umgebenden Pulverbetts 13 dargestellt ist. Dieser weist eine keilförmige

Struktur auf, wobei sich hierdurch eine Kante 29 in der obersten Lage ergibt, unter der kein Material des Probekörpers 28 im Pulverbett 13 vorhanden ist. Hierdurch kommt es zu einer Schmelzbadüberhitzung (nicht dargestellt) , welche dazu führt, dass mehr Material verfestigt wird, als aufgrund des Verfahrensablaufes vorgesehen. Deshalb weicht die tatsächli- che Bauteilgeometrie des bisher hergestellten Probekörpers 28 von der Sollgeometrie ab, die durch die gestrichelten Kante angedeutet lässt. Es wird also mehr Material verfestigt, so dass die Kante 29 aus der Oberfläche des Pulverbetts 13 her ^¬ ausragt. Der gestrichelt angedeutete keilförmige Bereich ist wegen einer begrenzten Tiefe z des Bauteils bis zum Übergang zum Pulverbett 13 als kritisch hinsichtlich einer evtl. Überhitzung des Schmelzbades zu bewerten.

Um dieses Problem zu bewältigen, wird von dem Probekörper 28 (wie auch von einem Werkstück 19, welches gemäß Figur 1 herzustellen ist) folgende Konturfunktion gcf (x,y) berechnet: gcf(x, y) = -2- f px, y, z) dz ;

(l, (χ,γ,ζ) im Werkstück

p{x,y,z) ' ^y '

{0, sonst mit z = tatsächliche Tiefe des Probekörpers 28 unterhalb einer Oberfläche 30 des Pulverbetts

z _m = die maximal zu berücksichtigende Tiefe des Probekörpers 28. Die rechnerische Ermittlung kann auf der Grundlage des

Konstruktionsdatensatzes STL oder auf Grundlage des Ferti ^¬ gungsdatensatzes CLI erfolgen. Typischerweise werden die Wer- te für die zur Verfügung stehende Bauteiltiefe z tabellarisch für eine bestimmte Anzahl von in einem Raster liegenden

Stützpunkten (x;y) abgespeichert und können nach der oben stehenden Berechnungsmethode zwischen 0 und 1 liegen. Durch die Berechnungsvorschrift erfolgt somit eine Normierung der Konturfunktion gcf, wobei die maximal zu berücksichtigende Tiefe des Probekörpers 28 mit 1 gleichgesetzt wird.

Gemäß Figur 3 ist eine bestimmte durch die Konturfunktion gcf (x,y) beschriebene Kontur dargestellt, wobei diese auch aus mehreren Teilgebieten bestehen kann. Die Bereiche, in denen z < z _m sind, sind in Figur 3 schraffiert dargestellt und wer ^¬ den von einer Strich-Punkt-Linie begrenzt. Diese können an einer Außenkontur 31 der herzustellenden Werkstücklage 32 liegen oder auch deren Inneren. Außerdem ist in Figur 3 je- weils eine Randzone 33 der herzustellenden Werkstücklage durch eine Strich-Doppelpunkt-Linie angedeutet, in der zu ^¬ sätzlich für die Randzone geltende Randbedingungen bei der Ermittlung von Korrekturfaktoren berücksichtigt werden können .

Gemäß Figur 4 ist ein Ausschnitt 34 der zu belichtenden Oberfläche eines Werkstücks dargestellt. In diesem Ausschnitt liegt ein Segment 35, welches mit einer Anzahl von Belich ^¬ tungsvektoren 36 belichtet werden soll. Diese weisen jeweils eine bestimmte Länge auf und verlaufen in dem Segment 35 mit einem bestimmten Abstand (hatch) h parallel zueinander. Zur Bestimmung der unter einem Belichtungsvektor 36 liegenden Tiefe z des Werkstücks kann entweder der durchschnittliche Wert z i oder der minimale Wert Z2 ermittelt werden. Dieser wird für den betreffenden Belichtungsvektor 36 als Stützwert in der Konturfunktion gcf unter den betreffenden Koordinaten (x;y) abgelegt. Aus Figur 4 wird deutlich, dass sich diese Werte z für jeden der Belichtungsvektoren 36 ändern, da das unter dem Segment 35 befindliche Bauteilvolumen durch ein Drahtgittermodell 37 angedeutet ist.

Gemäß Figur 5 ist das erfindungsgemäße Verfahren zum additi- ven Herstellen eines Werkstücks als Ablaufdiagramm dargestellt. Wie zu Figur 1 beschrieben, beginnt das Verfahren mit der Erstellung eines Geometriedatensatzes STL für ein herzu ^¬ stellendes Werkstück. Dieser wird in an sich bekannter Weise in einem nachfolgenden Schritt in einen Fertigungsdatensatz CLI, der das herzustellende Werkstück in Slices beschreibt, transformiert. Dieser Fertigungsdatensatz CLI kann zur Erzeugung des Werkstücks mit standardisierten Fertigungsparametern dienen, wobei ein Test TST durchgeführt werden kann, in dem das Werkstück in einer Anlage zum additiven Fertigen herge- stellt wird. Alternativ kann die Herstellung auch durch eine Simulationsberechnung CAL überprüft werden. In beiden Fällen wird anschließend festgestellt, ob wegen einer Überhitzung des Schmelzbads Formabweichungen DEV festzustellen sind.

Hierbei ist zu bemerken, dass Formabweichungen auch andere Gründe haben können, so dass insbesondere in kritischen Zonen nach Formabweichungen gesucht werden muss, welche auf eine Schmelzbadüberhitzung schließen lassen. Diese kritischen Zonen sind, wie bereits erläutert, dort zu finden, wo bei der Herstellung der betreffenden Lage nur ein geringes Werkstück- volumen unterhalb des Energiestrahls zur Verfügung steht.

Wenn die Formabweichungen DEV kleiner sind, als maximal zulässige Toleranzen t _max , kann mit einer Produktion PRD des Werkstücks begonnen werden. Die Daten, die für die Herstel- lung dieses Bauteils notwendig sind, können als Korrekturda ^¬ ten gespeichert werden und zur Erstellung späterer Fertigungsdatensätze CLI herangezogen werden.

Sollten die Formabweichungen DEV größer als die zulässigen Toleranzen t _max sein, so muss eine modifizierte Konturfunktion gcf (x,y) erstellt werden, aus der in Abhängigkeit der Tiefen ^¬ information z des bisher hergestellten Werkstücks Korrekturparameter der Korrekturfunktion vf (x,y) ermittelt werden kön- nen. Diese werden dann in einem weiteren Test TST oder einer weiteren Simulationsberechnung CAL berücksichtigt, wobei wiederum die Formabweichungen DEV bestimmt werden. Diese Iterationen werden so lange wiederholt, bis die Formabweichungen DEV kleiner sind, als die maximal die zugelassenen Toleranzen tmax ·