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Title:
METHOD FOR PRODUCING A LAYER OR A SUB-REGION OF A LAYER OF A THREE-DIMENSIONAL COMPONENT; AND CORRESPONDING COMPUTER PROGRAM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/137391
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing at least one sub-region (Ta) of a layer of a three-dimensional component by irradiating at least one powder layer (25) using at least one high-energy beam, in particular using at least one laser beam (3), having the following step: irradiating the powder layer (25) using the at least one high-energy beam in a machining field, wherein the at least one high-energy beam is moved over the powder layer (25) in a first direction (R1) in a continuously oscillating movement in order to produce a linear irradiation region (30) in which the powder layer (25) is melted, and the linear irradiation region (30) is moved over the powder layer (25) in a second direction (R2) which differs from the first direction in order to produce the sub-region (Ta) of the layer of the three-dimensional component.

Inventors:
WÜST FRANK PETER (DE)
KÖNIG THOMAS (DE)
BUCHBINDER DAMIEN (DE)
WAGNER JOACHIM (DE)
BAUER JOHANNES (DE)
Application Number:
EP2017/052636
Publication Date:
August 17, 2017
Filing Date:
February 07, 2017
Export Citation:
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Assignee:
TRUMPF LASER- UND SYSTEMTECHNIK GMBH (DE)
International Classes:
B23K26/073; B22F3/105; B23K26/082; B23K26/342; B29C67/00; B41M5/26
Domestic Patent References:
WO2012102655A12012-08-02
Foreign References:
US5155324A1992-10-13
JPS63224889A1988-09-19
JP2002144061A2002-05-21
US20120267345A12012-10-25
JPH02142690A1990-05-31
EP2596901A12013-05-29
DE19953000A12001-05-17
DE112013003063T52015-03-19
US4863538A1989-09-05
EP1568472A12005-08-31
Attorney, Agent or Firm:
Kohler Schmid Möbus Patentanwälte Partnerschaftsgesellschaft mbB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen mindestens eines Teilbereichs (Ta) einer Schicht eines dreidimensionalen Bauteils (21 ) durch Bestrahlen mindestens einer Pulverschicht (25) mittels mindestens eines Hochenergiestrahls, insbesondere mittels mindestens eines Laserstrahls (3, 3a-c), umfassend:

Bestrahlen der Pulverschicht (25) mittels des mindestens einen

Hochenergiestrahls in einem Bearbeitungsfeld (1 1 ), wobei der mindestens eine Hochenergiestrahl in einer kontinuierlichen oszillierenden Bewegung in einer ersten Richtung (R1 ) über die Pulverschicht (25) bewegt wird, um einen linienförmigen Bestrahlungsbereich (30) zu erzeugen, in dem die Pulverschicht (25) aufgeschmolzen wird, und wobei zur Erzeugung des Teilbereichs (Ta) der Schicht des dreidimensionalen Bauteils (21 ) der linienförmige

Bestrahlungsbereich (30) in einer zweiten, von der ersten verschiedenen

Richtung (R2) über die Pulverschicht (25) bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Hochenergiestrahl mit Hilfe von zwei Scannerspiegeln (22a, 22b) einer Scannereinrichtung (15) in dem

Bearbeitungsfeld (1 1 ) bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das dreidimensionale Bauteil (21 ) schichtweise durch selektives Laserschmelzen oder durch selektives Lasersintern hergestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Pulverschicht (25) mittels des mindestens einen Hochenergiestrahls, bevorzugt mittels des mindestens einen Laserstrahls (3), in einer

Bearbeitungskammer (27) einer Bearbeitungsmaschine (20) bestrahlt wird, die zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen (21 ) durch Bestrahlen von Pulverschichten (25) ausgebildet ist, wobei die Bearbeitungskammer (27) einen Träger (26) zum Aufbringen der Pulverschichten (25) aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Erzeugen des linienförmigen Bestrahlungsbereichs (30) mindestens zwei

Hochenergiestrahlen mit einer oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung (R1 ) über die Pulverschicht (25) bewegt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste

Richtung (R1 ) und/oder die zweite Richtung (R2) bei der Bewegung des linienförmigen Bestrahlungsbereichs (30) über die Puiverschicht (25) verändert werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Länge (L) des linienförmigen Bestrahlungsbereichs (30) in der ersten Richtung (R1 ) bei der Bewegung des linienförmigen Bestrahlungsbereichs (30) über die Pulverschicht (25) verändert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine

Geschwindigkeit (vi ) des Hochenergiestrahls bei der oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung (R1 ) mindestens zehn Mal so groß ist als eine

Geschwindigkeit (v2) des Hochenergiestrahls bei der Bewegung des

linienförmigen Bestrahlungsbereichs (30) in der zweiten Richtung (R2).

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bewegung des Hochenergiestrahls in den beiden Richtungen (R1 , R2) derart aufeinander abgestimmt wird, dass jede Stelle innerhalb des linienförmigen

Bestrahlungsbereichs (30) mindestens zwei Mal, bevorzugt mindestens drei Mal, von dem Hochenergiestrahl überstrichen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der

Hochenergiestrahl bei der kontinuierlichen oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung (R1 ) mit konstanter Geschwindigkeit (vi ) über die Pulverschicht (25) bewegt wird.

1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Leistung (Pu) des Hochenergiestrahls (3) an den beiden Umkehrpunkten (33a,b) der kontinuierlichen oszillierenden Bewegung gegenüber einer Leistung (Pz) des Hochenergiestrahls (3) zwischen den beiden Umkehrpunkten (33a, b) der kontinuierlichen oszillierenden Bewegung reduziert wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der

kontinuierlichen oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung (R1 ) eine weitere kontinuierliche oszillierende Bewegung in der zweiten, von der ersten verschiedenen Richtung (R2) überlagert ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die oszillierende Bewegung in der ersten Richtung (R1 ) mit einer ersten Oszillationsfrequenz (fi) erfolgt und bei dem die weitere oszillierende Bewegung in der zweiten Richtung (R2) mit einer zweiten Oszillationsfrequenz (f2) erfolgt, die ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Oszillationsfrequenz (f-ι) ist, wobei die zweite Oszillationsfrequenz (h) bevorzugt mit der ersten Oszillationsfrequenz (fi) übereinstimmt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem eine Phasenverschiebung (φ) zwischen der oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung (R1 ) und der weiteren oszillierenden Bewegung in der zweiten Richtung (R2) bei ττ / 2 liegt.

15. Computerprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche angepasst sind, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsanlage abläuft.

Description:
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER SCHICHT BZW. EINES TEILBEREICHS EINER SCHICHT EINES DREIDIMENSIONALEN BAUTEILS ; ENTSPRECHENDES

COMPUTERPROGRAMMPRODUKT

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bestrahlungseinrichtung für eine

Bearbeitungsmaschine zum Herstellen von dreidimensionalen Bauteilen durch Bestrahlen von Pulverschichten mittels eines Hochenergiestrahls, insbesondere mittels eines Laserstrahls. Die Erfindung betrifft auch eine Bearbeitungsmaschine mit einer solchen Bestrahlungseinrichtung, sowie Verfahren zum Herstellen einer Schicht bzw. mindestens eines Teilbereichs einer Schicht eines dreidimensionalen Bauteils durch Bestrahlen einer Pulverschicht mittels eines Hochenergiestrahls, insbesondere mittels eines Laserstrahls. Dreidimensionale Bauteile können durch so genannte generative

Fertigungsverfahren (auch als Additive-Manufacturing-Verfahren bezeichnet) hergestellt werden. Bei derartigen Verfahren wird das dreidimensionale Bauteil schichtweise bzw. lagenweise generiert. Beim so genannten selektiven

Laserschmelzen (engl,„selective laser melting", auch: SLM) und beim so genannten selektiven Lasersintern (engl,„selective laser sintering", auch: SLS) wird zu diesem Zweck ein Pulverwerkstoff lokal durch einen Hochenergiestrahl, insbesondere einen Laserstrahl, aufgeschmolzen, um eine Lage des dreidimensionalen Bauteils zu erzeugen.

Die EP 2 596 901 A1 beschreibt eine als Hülle-Kern-Strategie bezeichnete

Vorgehensweise, bei der das zu generierende Bauteil virtuell in einen Hüllenbereich und in einen Kernbereich aufgeteilt wird. Bei der Generierung des Bauteils wird zunächst der Hüllenbereich mit einem Hochenergiestrahl bestrahlt, der ein

vergleichsweise schmales und/oder gaußförmiges Strahlprofil aufweist, während im Anschluss daran der Kernbereich mit einem Hochenergiestrahl bestrahlt wird, der ein vergleichsweise breites und/oder homogenes Strahlprofil aufweist, so dass der Kernbereich schneller aufgeschmolzen werden kann als der Hüllenbereich. Für die Realisierung der Hütle-Kern-Strategie sind mindestens zwei unterschiedliche

Strahlprofile erforderlich.

In der EP 2 596 901 A1 ist eine optische Bestrahlungsvorrichtung für eine Anlage zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken bekannt geworden, welche zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten, von dem ersten verschiedenen

Strahlprofils ausgebildet ist, um bei der Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils die Hülle-Kern-Strategie zu realisieren. Die optische Bestrahlungsvorrichtung weist eine Umschaltvorrichtung auf, die den eintretenden Lichtstrahl in einem ersten Lichtleitzustand ohne eine Veränderung des Strahlprofils zu einem

Ausgangsanschluss leitet und die den eintretenden Lichtstrahl in einem zweiten Lichtleitzustand mittels einer Multimoden-Lichtleitfaser zu dem Ausgangsanschluss leitet, um das zweite, vom ersten verschiedene Strahlprofil zu erzeugen. Bei dem ersten Strahl profil handelt es sich typischer Weise um ein gaußförmiges Strahlprofil. Aus der DE 199 53 000 A1 ist eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau von Körpern bekannt geworden, bei der mehrere Strahlen zur schnellen Herstellung der Körper verwendet werden. Die schnelle Herstellung der Körper wird ähnlich wie in der EP 2 596 901 A1 dadurch erreicht, dass beim Sintern oder Verschweißen eines pulverförmigen Stoffes eine erste Strahlungsquelle zur Erzeugung von Konturen und eine zweite Strahlungsquelle zur schnellen Realisierung des Innenraums des zu erzeugenden Körpers verwendet werden. Die erste Strahlungsquelle soll zur

Erzeugung der Konturen einen kleinen Fokus erzeugen. Die zweite Strahlungsquelle soll mehrere Schichten zwischen den erzeugten Konturen verschweißen oder versintern. Zu diesem Zweck kann die zweite Strahlungsquelle einen

eindimensionalen Scanner zur Erzeugung eines Linienfokus aufweisen, der mittels einer XY-Positioniereinheit über den herzustellenden Körper bewegt wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Strahlungsquelle zur Erzeugung einer flächenhaften Bestrahlung ausgebildet, wobei zwischen der zweiten Strahlungsquelle und dem Körper eine Maske angeordnet ist, die in ihrer Kontur veränderbar sein kann, um die Form der bestrahlten Fläche anzupassen.

Aus der DE 10 2013 003 063 T5 ist ein Verfahren zum Herstellen eines

dreidimensionalen geformten Objekts bekannt geworden, bei dem durch Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnitts einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl eine verfestigte Schicht erzeugt wird. In einem Beispiel ist ein anfänglicher Weg ein Weg entlang einer Kontur und nachfolgende Wege befinden sich innerhalb der Kontur, wobei jeder der nachfolgenden Wege an einen diesem vorangehenden Weg angrenzt, um das Material innerhalb der Pulverschicht zusammenzuschmelzen.

Aneinander angrenzende bzw. geringfügig seitlich überlappende Wege innerhalb der Kontur werden in der DE 10 2013 003 063 T5 typischer Weise in gegenläufiger Richtung mit dem Lichtstrahl bestrahlt. Hierbei tritt das Problem auf, dass das bestrahlte Pulvermaterial am Ende eines Weges heißer ist als das Pulvermaterial am Anfang eines nachfolgenden, angrenzenden Weges, der in gegenläufiger Richtung durchlaufen wird.

Ein weiteres Problem stellt gemäß der US4863538 die Tatsache dar, dass bei einem Verfahren zum selektiven Lasersintern, bei dem ein so genannter Raster-Scan zur Hersteilung eines Bauteils verwendet wird, Bögen oder Linien, die nicht parallel zu den beiden Achsen des Rasters verlaufen, durch die Ränder der beleuchteten

Fläche nur angenähert werden und somit nicht den Soll-Rändern entsprechen. Die Auflösung bei der Herstellung des Bauteils wird dadurch ggf. reduziert, wenn der Laserstrahl den Rand der Schicht des zu erzeugenden Bauteils bzw. den Rand der beleuchteten Fläche nicht in einem zusätzlichen Schritt im so genannten

Vektormodus abfährt.

In der WO 2012/102655 A1 wird vorgeschlagen, den spezifischen Energieeintrag entlang eines Bestrahlungswegs zum Aufschmelzen einer Pulverschicht zu optimieren, indem beispielsweise die Geschwindigkeit des Strahls, die Leistung des Strahls oder ein Strahldurchmesser entlang des Bestrahlungswegs verändert werden. Für die Optimierung wird unter anderem eine Temperatur in der

Pulverschicht entlang des Bestrahlungsweges berechnet, d.h. es erfolgt eine aufwändige Modellierung des Wärmeeintrags bzw. des Wärmeabflusses entlang des Bestrahlungsweges.

In der EP 1 568 472 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Produkten beschrieben, die mittels eines hochenergetischen Strahls Schicht für Schicht aus einem Werkstoff aufgebaut werden. Der Strahl bestrahlt hierbei vorbestimmte Positionen einer

Werkstoff schicht jeweils m-fach (m>1), wobei für jede dieser Positionen gilt, dass sie beim ersten Bestrahlen zunächst auf eine Temperatur unterhalb einer

Schmelztemperatur des Werkstoffs erhitzt und beim m-ten Bestrahlen auf eine m-te Temperatur oberhalb dieser Schmelztemperatur erhitzt und dabei derart über die gesamte Schichtdicke hinweg aufgeschmolzen wird, dass sich der Werkstoff an dieser Position mit der darunter liegenden Schicht verbindet. Auch bei dem in der EP 1 568 472 A1 beschriebenen Verfahren besteht jedoch das Problem, dass sich in dem Material der Pulverschicht eine ungleichmäßige Temperaturverteilung einstellt. Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bestrahlungseinrichtung, eine

Bearbeitungsmaschine mit einer solchen Bestrahlungseinrichtung sowie zugehörige Verfahren anzugeben, mit denen eine besonders effiziente Hersteilung eines dreidimensionalen Bauteils möglich ist.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch eine Bestrahlungseinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, umfassend: eine Strahlformungseinrichtung zur Formung eines Strahlprofils des Hochenergiestrahls, welches entlang einer ersten Richtung senkrecht zur Strahlachse des Hochenergiestrahls eine Länge und entlang einer zweiten Richtung senkrecht zur Strahlachse des Hochenergiestrahls eine Breite aufweist, die kleiner ist als die Länge, sowie eine Scannereinrichtung zum Ausrichten des Hochenergiestrahls auf eine (einstellbare) Position in einem

Bearbeitungsfeld der Scannereinrichtung zum Bestrahlen einer Pulverschicht mittels des Hochenergiestrahls, wobei die Bestrahlungseinrichtung ausgebildet ist, abhängig von der Position des Hochenergiestrahls in dem Bearbeitungsfeld die Länge und/oder die Breite des Strahlprofils des Hochenergiestrahls (insbesondere kontinuierlich) zu verändern.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils eine Bestrahlungseinrichtung zu verwenden, deren

Strahlformungseinrichtung es ermöglicht, die Abmessung des Strahlprofils des Hochenergiestrahls in mindestens der ersten Richtung (d.h. in der Länge) sowie ggf. zusätzlich in der zweiten Richtung zu verändern. Die erste Richtung (Länge) des Strahlprofils und die zweite Richtung (Breite) des Strahlprofils verlaufen senkrecht zueinander sowie senkrecht zur Strahlachse bzw. zur Ausbreitungsrichtung des Hochenergiestrahls.

Die Strahlformungseinrichtung kann ausgebildet sein, nur die Länge des Strahlprofils zu verändern. Die Strahlformungsein richtung kann auch ausgebildet sein, zusätzlich zur Länge auch die Breite des Strahlprofils zu verändern. Ist die

Strahlformungseinrichtung ausgebildet, sowohl die Länge als auch die Breite des Strahlprofils zu verändern, können die beiden Abmessungen (Länge bzw. Breite) typischer Weise (im Wesentlichen) unabhängig voneinander (insbesondere kontinuierlich) verändert werden. Die Strahlformungseinrichtung kann ausgebildet sein, ein linienförmiges Strahlprofil zu erzeugen, d.h. ein Strahlprofil, dessen Länge deutlich größer ist als dessen Breite. Beispielsweise kann bei einem solchen linienformigen Strahlprofil die Länge L mehr als zwanzig Mal, mehr als zehn Mal oder mehr als fünf Mal so groß sein wie die Breite B (L > 20 x B, L > 10 x B bzw. L > 5 x B).

Die Scannereinrichtung ist typischer Weise im Strahlweg des Hochenergiestrahls nach der Strahlformungseinrichtung angeordnet und dient dazu, den

Hochenergiestrahl auf eine (einstellbare) Position in einem Bearbeitungsfeld der Scannereinrichtung auszurichten. Im Folgenden wird unter dem Bearbeitungsfeld ein zweidimensionaler Bereich (auch: Scanbereich) verstanden, in das der

Hochenergiestrahl mittels einer Fokussiereinrichtung fokussiert wird. Der

Hochenergiestrahl kann mittels der Scannereinrichtung auf jede beliebige Position innerhalb des Bearbeitungsfeldes ausgerichtet werden. Die Fokussiereinrichtung zur Fokussierung des Hochenergiestrahls in das Bearbeitungsfeld kann vor oder nach der Scannereinrichtung angeordnet sein. Das Bearbeitungsfeld kann insbesondere in einer Ebene verlaufen, in der eine Pulverschicht angeordnet ist, die mittels des Hochenergiestrahls bestrahlt werden soll. Idealer Weise bildet das Bearbeitungsfeld eine ebene Fläche, in der die zu bestrahlende Pulverschicht angeordnet ist.

Gegebenenfalls kann das Bearbeitungsfeld insbesondere an seinen seitlichen Rändern geringfügig von einer planen Geometrie abweichen.

Bei herkömmlichen Bestrahlungseinrichtungen wird das Bearbeitungsfeld oder - bei der Anwendung des Hülle-Kern-Verfahrens - einer oder mehrere Teilbereiche des Bearbeitungsfeldes mit Hilfe einer Scannereinrichtung mäanderförmig entlang von mehreren Linien abgefahren, an deren Enden es jeweils zu einer Richtungsumkehr bei dem Scanprozess kommt. Die Richtungsumkehr erzeugt eine Verzögerung und erneute Beschleunigung von in der Scannereinrichtung vorgesehenen beweglichen Bauteilen, beispielsweise in Form von Scannerspiegeln, was zu Zeitverlusten beim Scanprozess führt und einen limitierenden Faktor für die Aufbaurate bei der

Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen darstellt.

Durch die Möglichkeit, das Strahlprofil des Hochenergiestrahls in Abhängigkeit von der Position des Hochenergiestrahls auf dem Bearbeitungsfeld zu verändern, kann die Fokusgeometrie des Hochenergiestrahls auf dem Bearbeitungsfeld an die Geometne des herzustellenden dreidimensionalen Bauteils angepasst werden, ohne dass zu diesem Zweck zwei oder mehr optische Abbildungssysteme bzw. Laser erforderlich sind. Beispielsweise kann die Länge des Strahlprofils senkrecht zur momentanen Scanrichtung auf dem Bearbeitungsfeld an die Größe, beispielsweise an die Breite eines jeweils zu bestrahlenden flächenhaften Teilbereichs des

Bearbeitungsfeldes angepasst werden. In diesem Fall ist es ggf. ausreichend, wenn der Hochenergiestrahl den zu bestrahlenden Teilbereich des Bearbeitungsfelds nur ein einziges Mal entlang einer vorgegebenen Bahnkurve abfährt, die von der Scannereinrichtung vorgegeben wird. Insbesondere kann die zu bestrahlende Fläche der jeweiligen Pulverschicht von einem Programmiersystem in Abhängigkeit von der Geometrie des herzustellenden Bauteils in mehrere streifenförmige Teilbereiche aufgeteilt werden, deren Streifenbreite typischer Weise nicht größer ist als die maximale Länge des Strahlprofils des Hochenergiestrahls in dem Bearbeitungsfeld. Ein jeweiliger streifenförmiger Teilbereich kann mittels des Hochenergiestrahls mit angepasster Länge (und ggf. angepasster Breite) des Strahlprofils ein einziges Mal entlang einer typischer Weise nicht mäanderförmigen Bahnkurve abgefahren werden, so dass auf ein mäanderförmiges Abrastern der zu bestrahlenden flächenhaften Teilbereiche des Bearbeitungsfeldes verzichtet werden kann. Die Scannereinrichtung dient somit nur noch zur Vorgabe der Bahnkurve, entlang derer der in seiner Geometrie bzw. in seinen Abmessungen veränderbare

Hochenergiestrahl über das Bearbeitungsfeld bewegt wird, wobei die Bahnkurve typischer Weise dem Weg des Zentrums des in seiner Geometrie veränderlichen Strahlprofils des Hochenergiestrahls entspricht. Da keine schnelle Richtungsumkehr an den Rändern der mäanderförmigen Linien mehr erforderlich ist, kann für die Bestrahlung des Bauteils bzw. der Pulverschicht eine kostengünstige

Scannereinrichtung verwendet werden, die weniger dynamisch arbeitet als dies bei herkömmlichen Bestrahlungseinrichtungen zum Herstellen von dreidimensionalen Bauteilen der Fall ist.

Bei einer Ausführungsform weist die Strahlformungseinrichtung mindestens ein erstes einstellbares Strahlteleskop zur Veränderung der Länge des Strahlprofils auf. Durch die Veränderung der Länge des Strahlprofils kann beispielsweise die

Abmessung des Laserstrahlfokus auf dem Bearbeitungsfeld in einer Richtung quer zu einer (momentanen) Scanrichtung, entlang derer der Laserstrahl mittels der Scannereinrichtung bewegt wird, verändert und an die Geometrie eines zu

bestrahlenden Teilbereichs des Bestrahlungsfeldes angepasst werden. Das

Strahlteleskop kann beispielsweise zwei oder mehr Zylinderlinsen aufweisen.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Strahlformungseinrichtung mindestens ein zweites einstellbares Strahlteleskop zur Veränderung der Breite des Strahlprofils (insbesondere unabhängig von der Einstellung der Länge des Strahlprofils) auf. Zu diesem Zweck kann das zweite Strahlteleskop ebenfalls zwei oder mehr

Zylinderlinsen aufweisen, deren Zylinderachse typischer Weise senkrecht zur

Zylinderachse der Zylinderlinsen des ersten Strahlteleskops ausgerichtet sind. Die (ggf. zusätzliche) Veränderung der Breite des Strahlprofils kann beispielsweise günstig sein, um eine Vor- und/oder Nacherwärmung eines jeweils bestrahlten Teilbereichs der Pulverschicht zu erzeugen, wenn die Längsrichtung des

Hochenergiestrahls quer zur momentanen Scanrichtung entlang der Bahn- bzw. Scankurve ausgerichtet ist.

Bei einer Weiterbildung weist/weisen mindestens ein erstes Strahlteleskop und/oder mindestens ein zweites Strahlteleskop eine in Richtung der Strahlachse des

Hochenergiestrahls verschiebbare Linse, bevorzugt eine Zylinderlinse, auf. In der Regel weist ein jeweiliges Strahlteleskop typischer Weise mindestens eine, in der Regel mindestens zwei Zylinderlinsen auf, um das Strahlprofil in einer Richtung (und unabhängig von einer zweiten, zur ersten senkrechten Richtung) einstellen zu können. Mindestens eine der Zylinderlinsen kann in Strahlrichtung des

Hochenergiestrahls verschiebbar ausgebildet sein, um die Länge oder die Breite des Strahlprofils zu verändern. Die Verschiebung der (Zylinder-)Linse kann mit Hilfe eines Aktors der Strahlformungseinrichtung in Abhängigkeit von der einzustellenden Länge bzw. Breite des Strahlprofils erfolgen. An Stelle von Zylinderlinsen können ggf. andere optische Komponenten in dem bzw. in den Strahlteleskop(en) verwendet werden, welche die gleiche oder eine ähnliche optische Wirkung aufweisen, beispielsweise reflektierende optische Elemente.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Strahlformungseinrichtung zur Formung eines Strahlprofils des Hochenergiestrahls ausgebildet, dessen Länge mit dessen Breite übereinstimmt. Die Strahlformungseinrichtung ist in diesem Fall nicht nur ausgebildet, ein asymmetrisches Strahfprofil (Länge > Breite) zu erzeugen, sondern diese kann auch dazu dienen, ein symmetrisches Strahlprofil mit (im Wesentlichen) identischen Abmessungen in der ersten und in der zweiten Richtung zu erzeugen, wobei die Abmessungen in beiden Richtungen in diesem Fall typischer Weise sehr gering sind, so dass ein (annähernd) punktförmiges Strahlprofil erzeugt wird. Mittels eines Hochenergiestrahls mit einem solchen annähernd punktförmigen Strahlprofil können beispielsweise Konturen bzw. Konturlinien des herzustellenden

dreidimensionalen Bauteils nachgefahren werden. Alternativ ist es möglich, zum Nachfahren der Konturlinien die Strahlformungseinrichtung, insbesondere das bzw. die Strahlteleskope, aus dem Strahlengang des Hochenergiestrahls zu entfernen. Auf diese Weise bleibt das typischer Weise symmetrische Strahlprofil, das von einer Laserquelle erzeugt wird und das bei geeigneter Auslegung ggf. auch an der

Austrittsfläche einer Lichtleitfaser vorliegt, beim Durchtritt durch die

Bestrahlungseinrichtung erhalten. Wird die Strahlformungseinrichtung aus dem Strahlengang des Hochenergiestrahls entfernt, ist es ggf. erforderlich, an Stelle der Strahlformungseinrichtung eine zusätzliche Fokussieroptik im Strahlengang anzuordnen. Bei einer Ausführungsform ist die Strahlformungseinrichtung ausgebildet, die

Ausrichtung der ersten Richtung und der zweiten Richtung des Strahlprofils in einer Ebene senkrecht zur Strahlachse des Hochenergiestrahts in Abhängigkeit von der Position des Hochenergiestrahls in dem Bearbeitungsfeld zu verändern,

insbesondere die erste und die zweite Richtung in der Ebene senkrecht zur

Strahlachse des Hochenergiestrahls zu drehen. Durch die Drehung des

(asymmetrischen) Strahlprofils in der Ebene senkrecht zur Strahlachse des

Hochenergiestrahls kann die Ausrichtung des (fokussierten) Strahlprofils in dem Bearbeitungsfeld, welches durch die Scannereinrichtung definiert wird, verändert werden. Insbesondere kann das (asymmetrische) Strahlprofil des Laserstrahls in dem Bearbeitungsfeld gedreht werden, um erforderlichenfalls das Nachfahren von bestimmten Konturen des zu erzeugenden Bauteils zu erleichtern. Auch können falls dies gewünscht ist die erste und die zweite Richtung des Strahlprofils in Abhängigkeit von der momentanen Scanrichtung auf dem Bearbeitungsfeldes beispielsweise so gedreht werden, dass die Längsrichtung des Strahlprofils stets senkrecht zur Bahnkurve des Hochenergiestrahls entlang des Bearbeitungsfelds verläuft. Eine Drehung des Strahlprofils ist beispielsweise günstig, wenn Teilbereiche des

Bearbeitungsfeldes mittels des Hochenergiestrahls bestrahlt werden sollen, die eine unterschiedliche Orientierung in dem Bearbeitungsfeld aufweisen, so dass diese typischer Weise entlang von Bahnkurven abgefahren werden, die ebenfalls unterschiedlich orientiert sind. Es versteht sich, dass ggf. simultan zur Drehung des Strahlprofils auch die Länge und/oder die Breite des Strahlprofils verändert werden kann/können, um eine gewünschte flächige Bestrahlung des Bearbeitungsfeldes bzw. eines jeweiligen Teilbereichs des Bearbeitungsfeldes zu erreichen.

Bei einer Weiterbildung ist/sind das mindestens eine erste Strahlteleskop und/oder das mindestens eine zweite Strahlteleskop um die Strahlachse des

Hochenergiestrahls drehbar gelagert und die Bestrahlungseinrichtung weist mindestens einen Antrieb zur Drehung des mindestens einen ersten und/oder zweiten Strahlteleskops um die Strahlachse auf. Durch die Drehung des jeweiligen Strahlteleskops um die Strahlachse des Hochenergiestrahls kann die Ausrichtung des (asymmetrischen) Strahlprofils auf besonders einfache Weise verändert werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bestrahlungseinrichtung zusätzlich eine im Strahlweg des Hochenergiestrahls vor dem mindestens einen ersten und/oder zweiten Strahlteleskop angeordnete Kollimationseinrichtung zur Kollimation des Hochenergiestrahls. Die Kollimationseinrichtung kann eine insbesondere rotationssymmetrische Linse, beispielsweise eine Bikonvexlinse oder eine

Plankonvexlinse, aufweisen, um den typischer Weise divergent auftreffenden

Hochenergiestrahl zu kollimieren. Der Hochenergiestrahl kann beispielsweise divergent aus einem Faserende einer Faser austreten, in dem der

Hochenergiestrahl, beispielsweise in Form eines Laserstrahls, geführt ist. Die Faser kann einen runden bzw. zylindrischen Querschnitt aufweisen, so dass der

Hochenergiestrahl mit einem runden Strahlquerschnitt aus der Faser austritt, es ist aber auch möglich, dass die Faser einen z.B. rechteckigen Querschnitt aufweist, so dass der Hochenergiestrahl mit einem rechteckigen Strahlprofil aus der Faser austritt. Mit Hilfe des bzw. der Strahlteleskope kann die Länge und die Breite des Strahlprofils des Hochenergiestrahls verändert werden, beispielsweise kann aus einem runden Strahlquerschnitt nach der Kollimationseinrichtung ein elliptischer Strahlquerschnitt erzeugt werden, öder es kann das Aspektverhältnis (Länge : Breite) des rechteckigen Strahlprofils verändert werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Strahlformungseinrichtung zur zusätzlichen Formung, insbesondere zur Aufteilung, des Strahlprofils mindestens ein weiteres optisches Element auf. Bei dem weiteren optischen Element für die zusätzliche Formung des Strahlprofils kann es sich beispielsweise um ein diffraktives optisches Element handeln. Das diffraktive optische Element kann beispielsweise in Form eines Beugungsgitters ausgebildet sein, es ist aber auch möglich, das diffraktive optische Element z.B. in der Art eines computergenerierten Hologramms oder dergleichen auszubilden. Ein diffraktives optisches Element ermöglicht es, aus dem Strahlprofil des auf dieses auftreffenden Hochenergiestrahls ein Strahlprofil mit einer grundsätzlich annähernd beliebigen Geometrie zu erzeugen. Beispielsweise kann das diffraktive optische Element dazu dienen, ein Strahlprofil mit einer rechteckigen Geometrie in ein Strahlprofil mit einer elliptischen Geometrie

umzuwandeln, oder umgekehrt.

Bei dem weiteren optischen Element kann es sich um ein zusätzliches optisches Element der Strahlformung sei nrichtung handeln. In diesem Fall kann das weitere optische Element ggf. in den Strahlengang des Hochenergiestrahls eingebracht oder aus diesem entfernt werden, je nachdem, ob die optische Wirkung des weiteren optischen Elements bei der Herstellung eines jeweiligen dreidimensionalen Bauteils bzw. einer oder mehrerer Schichten oder Teilbereichen von Schichten des

dreidimensionalen Bauteils gewünscht ist oder nicht. Es ist auch möglich, dass ein optisches Element, z.B. eine Linse, welches ohnehin in der

Strahlformungseinrichtung angeordnet ist, als weiteres, z.B. diffraktives optisches Element wirkt, beispielsweise die weiter oben beschriebene Kollimationslinse oder ein optisches Element, insbesondere eine Linse, des ersten und/oder des zweiten Strahlteleskops.

Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung eines diffraktiven optischen Elements ist es möglich, eines oder mehrere weitere optische Elemente für die zusätzliche

Strahlformung zu verwenden, welche(s) nur auf einzelne Profilbereiche des

Strahlprofils optisch einwirkt/einwirken, beispielsweise um diese relativ zum restlichen Strahlprofil zu separieren, insbesondere lateral zu versetzen. Beispielsweise kann bzw. können mittels eines oder mehrerer keilförmiger optischer Elemente, die nur einen Teil des Strahlengangs überdecken, einer oder mehrere Profilbereiche des Strahlprofils von anderen Profilbereichen des Strahlprofils räumlich separiert werden, so dass das Strahlprofil in mehrere Profilbereiche aufgeteilt wird. Auf diese Weise kann ein Strahlprofil des Hochenergiestrahls erzeugt werden, welches z.B. entlang der zweiten Richtung, d.h. in seiner Breite, zwei- oder mehrgeteilt, beispielsweise dreigeteilt ist, d.h. ein Strahlprofil, das beispielsweise einen ersten Profilbereich, einen zweiten Profilbereich und einen dritten Profilbereich in der zweiten Richtung aufweist, die durch dazwischen liegende Profilbereiche getrennt sind, in denen das Strahlprofil nur eine sehr geringe Leistung aufweist. Eine solche Unterteilung des Strahlprofils insbesondere in der zweiten Richtung kann beispielsweise dazu dienen, eine Vorwärmung bzw. eine Nachwärmung des herzustellenden Bauteils bzw. der Pulverschicht zu erzeugen. In diesem Fall kann ggf. ein hoher Anteil, z.B. mehr als 70 %, der gesamten Leistung des

Hochenergiestrahls auf den zweiten, mittleren Profi Ibereich entfallen. Sofern die Fläche des Teilbereichs des Strahlengangs, den das bzw. die weiteren optischen Element(e) überdecken, einstellbar ist, ist auch die Leistung des Hochenergiestrahls, die auf den ersten, zweiten sowie den dritten Profilbereich entfällt, jeweils einstellbar, um einen gewünschten Energieeintrag bei der Vorwärmung bzw. der Nachwärmung zu erhalten.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bestrahlungseinrichtung zusätzlich ein Objektiv, beispielsweise ein F/Theta-Objektiv, zur Fokussierung des

Hochenergiestrahls bei der Ausrichtung auf die (jeweilige) Position in dem

Bearbeitungsfeld der Scannereinrichtung. Ein solches Objektiv ist typischer Weise nach den in der Regel zwei beweglichen Scannerspiegeln der Scannereinrichtung angeordnet, welche dazu dienen, den Hochenergiestrahl auf eine beliebige Position in dem Bearbeitungsfeld auszurichten. Ein Objektiv ermöglicht es, den

Hochenergiestrahl in einem (annähernd) ebenen Bearbeitungsfeld zu fokussieren, an dem typischer Weise die jeweils zu bestrahlende Pulverschicht angeordnet ist.

Alternativ oder zusätzlich zur Fokussierung des Hochenergiestrahls nach der Scannereinrichtung z.B. mittels eines Objektivs ist es auch möglich, den

Hochenergiestrahl mittels einer Fokussiereinrichtung, beispielsweise mittels einer oder mehrerer Linsen, zu fokussieren, die im Strahlweg vor der Scannereinrichtung angeordnet ist. In diesem Fall richtet die Scannereinrichtung an Stelle eines kollimierten Hochenergiestrahls einen konvergenten Hochenergiestrahl an eine jeweilige Position auf dem Bearbeitungsfeld aus.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Bestrahlungseinrichtung eine

Strahlquetle, insbesondere eine Laserquelle, zur Erzeugung des Hochenergiestrahls auf. Die Strahlquelle kann beispielsweise als C02-Laser, als Nd:YAG-Laser, als Faser-Laser oder als Hochleistungsdioden-Laser ausgebildet sein, der idealer Weise einen Laserstrahl mit einer Leistung von mehr als 50 W, ggf. von mehreren kW erzeugt. Zur Führung des Laserstrahls von der Strahlquelle zur

Strahlformungseinrichtung kann beispielsweise eine Lichtleitfaser dienen. An Stelle einer Laserquelle können auch andere Strahlquellen zur Erzeugung

elektromagnetischer Strahlung bzw. eines Hochenergiestrahls verwendet werden, der eine Leistung von typischer Weise mindestens 50 W aufweist. Die momentane Leistung, die von der Strahlquelle abgegeben wird, kann ebenfalls in Abhängigkeit von der Position des Hochenergiestrahls in dem Bearbeitungsfeld und somit in Abhängigkeit von der momentanen Länge und/oder Breite des Strahlprofils verändert bzw. angepasst werden, beispielsweise mit Hilfe einer weiter unten näher

beschriebenen Steuerungseinrichtung. Hierbei kann die Flächenleistung, welche von der momentanen Laserleistung und der momentanen Länge und Breite des

Strahlprofils abhängt, mit der Vorschubgeschwindigkeit gekoppelt werden, um die Volumenaufschmelzleistung konstant bzw. stabil zu halten und auf diese Weise einen sicheren Aufschmelzprozess bzw. einen sicheren Schweißprozess zu gewährleisten.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Bestrahlungseinrichtung eine

Steuerungseinrichtung auf, welche ausgebildet bzw. programmiert ist, die

Strahlformungseinrichtung zur Steuerung der Länge und/oder der Breite des

Strahlprofils und bevorzugt der Ausrichtung der ersten Richtung und der zweiten Richtung des Strahlprofils (relativ zum Bearbeitungsfeld) in Abhängigkeit von der Position des Hochenergiestrahls in dem Bearbeitungsfeld anzusteuern. Mit Hilfe der Steuerungseinrichtung kann das Strahlprofil des Hochenergiestrahls in Abhängigkeit von der Position des Hochenergiestrahls in dem Bearbeitungsfeld dynamisch eingestellt bzw. gesteuert werden. Die Steuerungseinrichtung greift zu diesem Zweck auf Daten über die (zweidimensionale) Geometrie des zu erzeugenden

dreidimensionalen Bauteils an der jeweils zu bestrahlenden Pulverschicht zurück, die in einer Speichereinrichtung abgelegt sind bzw. die von einem Programmiersystem vorgegeben werden. Die Steuerungseinrichtung kann insbesondere das

Bearbeitungsfeld in mehrere Teilbereiche unterteilen, die nacheinander mit dem Hochenergiestrahl bestrahlt werden.

Wird der Hochenergiestrahl, genauer gesagt dessen Zentrum, beispielsweise entlang eines Teilbereichs einer zu bestrahlenden Pulverschicht bewegt, wobei die zweite Richtung (d.h. die Breite) des Strahlprofils in Längsrichtung des Teilbereichs verläuft, kann an einer jeweiligen Position des Bearbeitungsfeldes die Länge des Strahlprofils so angepasst werden, dass diese der Breite des Teilbereichs an der jeweiligen Position entspricht. Auf diese Weise kann ein solcher Teilbereich vollständig bestrahlt werden, obwohl der Hochenergiestrahl lediglich ein einziges Mal in

Längsrichtung über den Teilbereich geführt wird. Insbesondere wenn in einem jeweiligen Teilbereich ein Flächenbereich vorhanden ist, der nicht bestrahlt werden soll, kann es vorteilhaft sein, die Breite und/oder die Ausrichtung des

Hochenergiestrahls zu verändern.

Bei einer Weiterbildung ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, die

Strahlformungseinrichtung anzusteuern, mindestens einen ersten zur Herstellung einer Schicht des dreidimensionalen Bauteils mittels des Hochenergiestrahts zu bestrahlenden ersten Teilbereich des Bearbeitungsfeldes mit einem Strahl profil zu bestrahlen, dessen Länge größer ist als dessen Breite, und mindestens einen zweiten zur Herstellung derselben Schicht des dreidimensionalen Bauteils mittels des Hochenergiestrahls zu bestrahlenden zweiten Teilbereich des Bearbeitungsfelds mit einem Strahlprofil zu bestrahlen, dessen Länge und Breite (ungefähr)

übereinstimmen. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, anhand der Geometrie des herzustellenden dreidimensionalen Bauteils zu bestrahlende Teilbereiche des Bearbeitungsfeldes (und damit der entsprechenden Pulverschicht) zu identifizieren, die nacheinander bestrahlt werden. Bei dem ersten Teilbereich kann es sich um einen Flächenbereich handeln, der zwischen den Konturen des herzustellenden Bauteils liegt, während es sich bei dem zweiten Teilbereich typischer Weise um einen Konturbereich bzw. eine Konturlinie des herzustellenden Bauteils handelt. Der zweite Teilbereich kann insbesondere bestrahlt werden, ohne dass hierbei das Strahlprofil des Hochenergiestrahls verändert wird. Für die Erzeugung des Strahlprofils, dessen Länge und Breite übereinstimmen, dient bevorzugt die geeignet eingestellte Strahlformungseinrichtung. Es ist aber alternativ auch möglich, die Strahlformungseinrichtung aus dem Strahlengang zu entfernen, um ein beispielsweise von einer Laserquelle erzeugtes symmetrisches Strahlprofil direkt auf das Bearbeitungsfeld zu übertragen. Die Reihenfolge der Bestrahlung der ersten und zweiten Teilbereiche ist grundsätzlich beliebig, d.h. die Bestrahlung eines oder mehrerer der ersten Teilbereiche kann vor oder nach der Bestrahlung eines oder mehrerer der zweiten Teilbereiche erfolgen. Auf diese Weise kann die weiter oben beschriebene Hülle-Kern-Strategie zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils realisiert werden. Insbesondere hat es sich als günstig erwiesen, wenn der erste und zweite

Teilbereich ein- und derselben Pulverschicht auf die weiter oben beschriebene Weise bestrahlt werden, d.h. wenn auch die ersten, flächenhaften Teilbereiche jeder

Pulverschicht einzeln aufgeschmolzen werden, so dass die Wärme abfließen bzw. sich verteilen kann, bis die nächste Pulverschicht aufgetragen und aufgeschmolzen wird, da sich hierdurch die Qualität des dreidimensionalen Bauteils erhöht. Im

Gegensatz dazu kann ggf. bei dem in der DE 199 53 000 A1 beschriebenen

Verfahren, bei dem mehrere Pulverschichten eines flächenhaften Teilbereichs (bzw. des Kerns) gemeinsam aufgeschmolzen werden, ein großes Schmelzvolumen mit sehr viel Wärmeenergie entstehen, wodurch sich das herzustellende Bauteil ggf. verzieht. Zudem beinhaltet das verwendete Pulvermaterial in der Regel Luft, so dass das Pulverbett beim gleichzeitigen Aufschmelzen von mehreren Schichten auf einmal zusammensackt und das Niveau der Schmelze auf dem Träger ggf. deutlich niedriger liegt als das Niveau der bereits hergestellten Hüllenkontur. Um dies zu kompensieren, ist es ggf. erforderlich, zusätzliche Pulverauftrags- und

Aufschmelzvorgänge im Kern vorzunehmen, welche den Zeitvorteil durch das

Aufschmelzen mehrerer Pulverschichten ggf. zumindest teilweise wieder

zunichtemachen können. Es versteht sich aber, dass ggf. trotz der hier genannten Probleme mehrere übereinander liegende Pulverschichten im Bereich des Kerns (bzw. im Bereich von übereinander liegenden ersten Teilbereichen) gemeinsam bestrahlt werden können.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen durch Bestrahlen von Pulverschichten mittels eines Hochenergiestrahls, insbesondere mittels eines Laserstrahls, umfassend: eine Bestrahlungseinrichtung wie weiter oben beschrieben, sowie eine

Bearbeitungskammer mit einem Träger zum Aufbringen der Pulverschichten. Die Bestrahlungseinrichtung ist von der Bearbeitungskammer typischer Weise über ein Schutzglas oder dergleichen getrennt, durch weiches der Hochenergiestrahl in die Bearbeitungskammer eintritt. Die Bestrahlungseinrichtung ist hierbei typischer Weise bezüglich der Bearbeitungskammer derart angeordnet, dass das Bearbeitungsfeld der Scannereinrichtung, in dem der Hochenergiestrahl fokussiert wird, mit der Position einer Pulverschicht übereinstimmt, die mittels des Hochenergiestrahls bestrahlt werden soll. Es versteht sich, dass die Bearbeitungsmaschine noch weitere Bauelemente aufweist, die das Aufbringen der einzelnen Pulverschichten

ermöglichen. In der Bearbeitungskammer kann ggf. ein gegenüber der Umgebung reduzierter Druck bzw. ein Vakuum herrschen, sie kann aber auch mit einem inerten Gas gefüllt sein, das nicht mit dem Pulver reagiert. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Schicht eines dreidimensionalen Bauteils durch Bestrahlen einer Pulverschicht mittels eines Hochenergiestrahls, insbesondere mittels eines Laserstrahls, umfassend:

(Aufbringen der Pulverschicht auf einen Träger), sowie Bestrahlen der Pulverschicht mittels des Hochenergiestrahls in einem Bearbeitungsfeld zur Herstellung der Schicht des dreidimensionalen Bauteils, wobei ein Strahlprofil des

Hochenergiestrahls entlang einer ersten Richtung senkrecht zur Strahlachse des Hochenergiestrahls eine Länge und entlang einer zweiten Richtung senkrecht zur Strahlachse des Hochenergiestrahls eine Breite aufweist, die ggf. kleiner ist als die Länge, und wobei die Länge und/oder die Breite des Strahlprofils des

Hochenergiestrahls und bevorzugt eine Ausrichtung der ersten Richtung und der zweiten Richtung des Strahlprofils des Hochenergiestrahls (in einer Ebene senkrecht zur Strahlachse) in Abhängigkeit von der Position des Hochenergiestrahls in dem Bearbeitungsfeld verändert werden. Es versteht sich, dass die Pulverschicht nicht unmittelbar auf den Träger aufgebracht werden muss, sondern (mit Ausnahme der ersten Pulverschicht) auf einen bereits fertig gestellten Teil des dreidimensionalen Bauteils aufgebracht wird. Das hier beschriebene Verfahren zum Hersteilen einer Pulverschicht wird typischer Weise mehrmals hintereinander ausgeführt, bis das dreidimensionale Bauteil vollständig fertiggestellt ist.

Durch das hier beschriebene Verfahren kann eine besonders effiziente Bestrahlung der Pulverschicht erfolgen, wodurch die Aufbaurate bei der Herstellung des dreidimensionalen Bauteils erhöht werden kann. Insbesondere kann das Strahlprofif des Hochenergiestrahls stets so ausgerichtet werden, dass die erste Richtung des Strahlprofils senkrecht zur momentanen Bewegungsrichtung bzw. zur momentanen Richtung der Bahnkurve des Hochenergiestrahls in dem Bearbeitungsfeld verläuft. In diesem Fall kann durch die Variation der Breite des Strahlprofils in der zweiten Richtung, die mit der momentanen Richtung der Bahnkurve übereinstimmt, auf besonders einfache Weise ein Vor- bzw. ein Nachwärmen der bestrahlten

Pulverschicht erfolgen. Die für den Herstellungsprozess erforderliche Wärme kann in diesem Fall besonders effektiv über den Hochenergiestrahl zugeführt werden, so dass ggf. auf das Zuführen von Wärme von unten (über den Träger) an die

Pulverschicht verzichtet werden kann. Gegebenenfalls kann das Strahlprofil des Hochenergiestrahls in der zweiten Richtung z.B. dreigeteilt sein, d.h. die Breite des Strahlprofils weist einen ersten, zweiten und dritten Profilbereich auf, zwischen denen zwei Profilbereiche vorhanden sind, in denen das Strahlprofil keine bzw. nur eine verschwindend geringe Leistung aufweist. Auf diese Weise kann ggf. weniger Energie in das Bauteil bzw. in die Pulverschicht eingebracht werden als dies bei der Verwendung von herkömmlichen Verfahren der Fall ist, wodurch typischer Weise ein ggf. auftretender Verzug in dem Bauteil bei dessen Abkühlung reduziert werden kann. Grundsätzlich kann durch die linienförmige Bestrahlung mehr Energie auf einmal in das Pulverbett bzw. in die Pulverschicht eingebracht werden, als dies bei einer punktförmigen Bestrahlung der Fall ist, wodurch der Herstellungsprozess beschleunigt wird. Bei einer punktförmigen Bestrahlung der Pulverschicht ist die maximale pro Zeiteinheit eingebrachte Energie limitiert durch die Geschwindigkeit der Scannereinrichtung, da zu viel Wärmeeintrag an einer Stelle der Pulverschicht zu einem Verzug des Bauteils oder ggf. zu einer Verdampfung des Pulvermaterials führen kann. Bei einer Variante wird die Pulverschicht in mindestens einem ersten Teilbereich mit einem ersten Strahlprofil bestrahlt, dessen Länge größer ist als dessen Breite und die Pulverschicht wird in mindestens einem zweiten Teilbereich mit einem zweiten Strahlprofil bestrahlt, dessen Länge und Breite übereinstimmen. Es versteht sich, dass die Länge und ggf. die Breite des ersten Strahlprofils während der Bestrahlung des ersten Teilbereichs variieren kann und dass die Ausrichtung des Strahlprofils während der Bestrahlung geändert, insbesondere gedreht werden kann. Während der Bestrahlung des zweiten Teilbereichs mit dem Hochenergiestrahl mit dem zweiten Strahlprofil wird das zweite Strahlprofil in der Regel nicht verändert, um die Konturen bzw. die Konturlinien des herzustellenden dreidimensionalen Bauteils nachfahren zu können.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen mindestens eines

Teilbereichs einer Schicht eines dreidimensionalen Bauteils durch Bestrahlen mindestens einer Pulverschicht mittels mindestens eines Hochenergiestrahls, insbesondere mittels mindestens eines Laserstrahls, umfassend: Bestrahlen der Pulverschicht mittels des mindestens einen Hochenergiestrahls in einem

Bearbeitungsfeld (einer Scannereinrichtung), wobei der mindestens eine

Hochenergiestrahl mit einer kontinuierlichen oszillierenden Bewegung typischer Weise mehrfach in einer ersten Richtung über die Pulverschicht bewegt wird, um einen linienförmigen Bestrahlungsbereich zu erzeugen, an dem die mindestens eine Pulverschicht aufgeschmolzen wird, und wobei zur Erzeugung des Teilbereichs der Schicht des dreidimensionalen Bauteils der linienförmige Bestrahlungsbereich (gleichzeitig) in einer zweiten, von der ersten verschiedenen Richtung über die Pulverschicht bewegt wird.

Bei diesem Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, mindestens einen

Hochenergiestrahl, der in der Regel ein im Wesentlichen rundes bzw. punktförmiges Strahlprofil aufweist, in einer oszillierenden, typischer Weise hochfrequenten

Bewegung („Wobbein") mehrfach, d.h. mit mindestens zwei, typischer Weise drei oder mehr vollständigen Oszillationen bzw. Schwingungsperioden der oszillierenden Bewegung in einer ersten Richtung über die Pulverschicht zu bewegen, um auf diese Weise einen linienförmigen Bestrahlungsbereich bzw. eine quasistationäre Linie zu erzeugen, entlang derer das Material der Pulverschicht aufgeschmolzen wird. Die Bewegung in den beiden Richtungen wird bevorzugt derart aufeinander abgestimmt, dass jede Stelle innerhalb des linienförmigen Bestrahlungsbereichs (ggf. bis auf die Stellen an den seitlichen Rändern des Bestrahlungsbereichs) mehrfach, d.h. mindestens zwei Mal, bevorzugt mindestens drei Mal, von dem Laserstrahl, genauer gesagt von dessen Strahlprofil, überstrichen wird. Zwei bei unmittelbar aufeinander folgenden Oszillationen der oszillierenden Bewegung von dem

Hochenergiestrahl überstrichene Bereiche der Pulverschicht überlappen sich in der Regel um ca. 50 % oder mehr. Die (kontinuierliche) oszillierende Bewegung in der ersten Richtung wird mit einer Bewegung in einer zweiten Richtung

(Vorschubrichtung) überlagert, so dass ein„Linienfokus" entsteht, der über die Pulverschicht bewegt wird, um auf diese Weise mindestens einen Teilbereich der Schicht des dreidimensionalen Bauteils oder ggf. die gesamte Schicht des

dreidimensionalen Bauteils herzustellen.

Sowohl die oszillierende Bewegung des Hochenergiestrahls in der ersten Richtung als auch die Bewegung des linienförmigen Bestrahlungsbereichs über die

Pulverschicht erfolgen bevorzugt durch einen zweidimensionalen Scanner bzw. eine Scannereinrichtung, die typischer Weise zwei Scannerspiegel aufweist, um den Hochenergiestrahl in dem Bearbeitungsfeld zu bewegen. Die Scannerspiegel ermöglichen hierbei insbesondere eine hochdynamische oszillierende Bewegung des Hochenergiestrahls. Das dreidimensionale Bauteil wird hierbei bevorzugt durch selektives Laserschmelzen oder durch selektives Lasersintern schichtweise hergestellt.

Bevorzugt wird mindestens eine Pulverschicht mittels des mindestens einen

Hochenergiestrahls, bevorzugt mittels des mindestens einen Laserstrahls, in einer Bearbeitungskammer einer Bearbeitungsmaschine bestrahlt, die zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen durch Bestrahlen von Pulverschichten ausgebildet ist. Die Bearbeitungskammer weist einen Träger zum Aufbringen der Pulverschichten auf. Die Bearbeitungsmaschine kann insbesondere wie weiter oben beschrieben ausgebildet sein. Gegenüber den in der Beschreibungseinleitung beschriebenen Verfahren, bei denen benachbarte Wege in gegenläufiger Richtung durchlaufen werden, wobei es zu einem unterschiedlich starken Wärmeeintrag in das Pulvermaterial kommt, kann durch die schnelle bzw. hochfrequente oszillierende Bewegung die Wärme wesentlich gleichmäßiger entlang der Linie bzw. entlang des linienförmigen

Bestrahlungsbereichs in das Pulvermaterial eingebracht werden, da ein- und dieselbe Stelle mehrfach, in der Regel vielfach, von dem mindestens einen

Hochenergiestrahl überfahren wird. Mit anderen Worten ist der Wärmeabfluss klein im Vergleich zur (hohen) Scangeschwindigkeit des Hochenergiestrahls.

Das mehrfache Überfahren ein- und derselben Stelle bzw. der Überlapp zwischen zwei oder mehr unmittelbar aufeinander folgenden oszillierenden Bewegungen führt dazu, dass die Enden der oszillierenden Bewegung bzw. des linienartigen

Bestrahlungsbereichs, die bevorzugt einen Randabschnitt einer zu beleuchtenden Fläche bzw. des herzustellenden Teilbereichs der Schicht bilden, führt dazu, dass der Randabschnitt der beleuchteten Fläche durch ein sehr viel feineres Raster als in der US 4863538 gebildet werden kann, so dass die Ist-Ränder der zweidimensional beleuchteten Fläche bzw. des Teilbereichs der Schicht den Soll-Rändern sehr gut entsprechen. Dadurch kann die Notwendigkeit entfallen, mit dem Laserstrahl den Rand der Kontur im Vektormodus in einem zusätzlichen Schritt abzufahren. Dieser Vorteil liegt bereits bei Scangeschwindigkeiten bzw. Scanfrequenzen vor, die denen einer üblichen Rasterung entsprechen. Vorteilhafterweise kann die

Scangeschwindigkeit bzw. die Scanfrequenz der oszillierenden Bewegung erhöht werden, beispielsweise auf 0,5 kHz oder mehr, z.B. auf 5 kHz. In der Regel können die beiden Scannerspiegel der Scannereinrichtung ebenfalls jeweils eine

oszillierende Bewegung mit mindestens einer Frequenz von 0,5 kHz, bspw. 1 kHz oder mehr, ausführen.

Bei einer Variante werden zum Erzeugen des linienförmigen Bestrahlungsbereichs mindestens zwei Hochenergiestrahlen mit einer oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung über die Pulverschicht bewegt. Die Verwendung von zwei oder mehr Hochenergiestrahlen ermöglicht es, die Effizienz des Schmelzprozesses zu steigern, da die Größe des Schmelzbades erhöht werden kann und/oder mehr Laserleistung in die Wechselwirkungszone bzw. in den linienförmigen Bestrahlungsbereich einzubringen.

Zwei oder mehr Hochenergiestrahlen können dazu dienen, mit einer oszillierenden Bewegung den linienförmigen Bestrahlungsbereich in seiner gesamten Länge zu überstreichen. Gegebenenfalls kann ein jeweiliger Hochenergiestrahl nur einen Abschnitt des linienförmigen Bestrahlungsbereichs mit einer oszillierenden

Bewegung überstreichen. Mit anderen Worten kann die (doppelte) Amplitude der oszillierenden Bewegung eines einzelnen Hochenergiestrahls der gesamten Länge des linienförmigen Bestrahlungsbereichs entsprechen oder ggf. lediglich einen Teil der Länge des linienförmigen Bestrahlungsbereichs ausmachen.

In bestimmten Teilbereichen der Pulverschicht kann zur Erzeugung der Schicht des dreidimensionalen Bauteils die Länge des linienförmigen Bestrahlungsbereichs ggf. auf eine punktförmige Bestrahlung (z.B. mit einem Strahldurchmesser von weniger als 1 mm, z.B. 0,1 mm) reduziert werden, beispielsweise wenn eine Konturlinie des dreidimensionalen Bauteils erzeugt werden soll. Da die Geometrie der zu

beleuchtenden Fläche der Pulverschicht von der Art bzw. der Geometrie des zu fertigenden dreidimensionalen Bauteils abhängig ist, können bei der Verwendung von zwei oder mehr Hochenergiestrahlen, die unabhängig voneinander in dem Bearbeitungsfeld bewegt werden, jeweils einzeln unterschiedliche Teilbereiche der Pulverschicht bestrahlt werden, oder zwei oder mehr der Hochenergiestrahlen können auf die oben beschriebene Weise gemeinsam einen hochdynamischen, typischer Weise drehbaren quasistationären linienförmigen Bestrahlungsbereich bilden. Insbesondere bei der Verwendung von mehreren Hochenergiestrahlen ermöglicht das Verfahren somit eine hohe Flexibilität hinsichtlich der

Detailgenauigkeit und der Aufbau rate des dreidimensionalen Bauteils.

Die Hochenergiestrahlen, die auf das Bearbeitungsfeld treffen, können

beispielsweise mit Hilfe eines oder mehrerer diffraktiver optischer Elemente aus einem einzelnen Hochenergiestrahl erzeugt werden. Auch kann eine

Scannereinrichtung verwendet werden, die zwei oder mehr zweidimensionale Scanner aufweist, um einen jeweiligen Hochenergiestrahl auf die Pulverschicht auszurichten, der unabhängig von dem bzw. den anderen Hochenergiestrahlen entlang der Pulverschicht bewegt werden kann. Die Hochenergiestrahlen können von mehreren Strahlquellen erzeugt werden, es ist aber auch möglich, eine einzige Strahlquelle zu verwenden, deren Leistung auf mehrere Hochenergiestrahlen aufgeteilt wird. Für die Erzeugung des linienformigen Bestrahlungsbereichs mit Hilfe von mehreren Hochenergiestrahlen können unterschiedliche Strategien eingesetzt werden, um einen gewünschten Einfluss auf die Schmelzstabilität bzw. auf die

Schmelzhomogenität zu nehmen. Durch die Wahl einer geeigneten Strategie bei der Erzeugung des linienformigen Bestrahlungsbereichs kann auch die Effizienz bzw. die Aufbaurate des dreidimensionalen Bauteils gesteigert werden. Beispielsweise können je nach gewählter Strategie die Abschnitte des linienformigen

Bestrahlungsbereichs, die von der oszillierenden Bewegung eines jeweiligen

Hochenergiestrahls überstrichen werden, aneinander angrenzen oder sich ganz oder teilweise überlappen. Auch kann die Amplitude der oszillierenden Bewegung von unterschiedlichen Hochenergiestrahlen und somit die Länge eines jeweiligen

Abschnitts gleich groß oder unterschiedlich gewählt werden. Die oszillierende Bewegung von zwei oder mehr Hochenergiestrahlen kann eine feste

Phasenbeziehung aufweisen, beispielsweise können zwei Hochenergiestrahlen die oszillierende Bewegung in der ersten Richtung gegenläufig oder gleichsinnig ausführen. Hierdurch kann beispielsweise ein unterschiedlicher Drehsinn der oszillierenden Bewegungen unterschiedlicher Hochenergiestrahlen erzeugt werden.

Bei einer weiteren Variante wird/werden die erste Richtung und/oder die zweite Richtung bei der Bewegung des linienformigen Bestrahlungsbereichs über die Pulverschicht verändert. Insbesondere kann ein Winkel zwischen der ersten

Richtung, in welcher der linienförmige Bestrahlungsbereich verläuft, und der zweiten Richtung, d.h. der Vorschubrichtung, bei der Bewegung über die Pulverschicht variiert werden. Eine solche Veränderung der beiden Richtungen während der Bestrahlung lässt sich auf besonders einfache Weise mit Hilfe einer

Scannereinrichtung realisieren, die mindestens einen zweidimensionalen Scanner mit zwei hochdynamisch drehbaren bzw. verkippbaren Scannerspiegeln aufweist. Durch eine in geeigneter Weise synchronisierte Drehung der Scannerspiegei um die beiden Drehachsen lassen sich die Richtung des linienformigen

Bestrahlungsbereichs auf dem Bearbeitungsfeld und auch die Vorschubrichtung praktisch frei wählen.

In einer weiteren Variante wird eine Länge des linienförmigen Bestrahlungsbereichs entlang der ersten Richtung bei der Bewegung des linienförmigen

Bestrahlungsbereichs über die Pulverschicht verändert. Zusätzlich oder alternativ zur Veränderung der Ausrichtung der ersten und zweiten Richtung in dem

Bearbeitungsfeld kann bei der Verwendung einer Scannereinrichtung mit mindestens einem zweidimensionalen Scanner auch die Länge des linienförmigen

Bestrahlungsbereichs über einen vergleichsweise großen Wertebereich praktisch beliebig verändert werden, wobei die maximale Länge des linienförmigen

Bestrahlungsbereichs durch die maximale Auslenkung der Scannerspiegel limitiert ist und mehrere Millimeter, beispielsweise ca. 5 mm, betragen kann, in der Regel aber eine maximale Länge von ca. 1 cm nicht überschreitet. In einer Variante wird eine (mittlere) Geschwindigkeit des Hochenergiestrahls bei der oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung mindestens zehn Mal so groß gewählt wie eine Geschwindigkeit des Hochenergiestrahls bei der Bewegung des linienförmigen Bestrahlungsbereichs in der zweiten Richtung. Wie weiter oben beschrieben wurde, liegt die (ggf. variierende) Frequenz der oszillierenden

Bewegung in der Regel bei mehr als ca. 0,5 kHz, was zu einer über die

Schwingungsperiode gemittelten Geschwindigkeit von typischer Weise mehr als ca. 0,05 m/s führt. Die Geschwindigkeit der Vorschubbewegung liegt typischer Weise bei ca. 10 % oder weniger, ggf. bei weniger als 5 % oder bei weniger als 0,5 % der Geschwindigkeit der oszillierenden Bewegung.

Die Vorschubgeschwindigkeit in der zweiten Richtung hängt typischer Weise von der Länge des linienförmigen Bestrahlungsbereichs ab: Nimmt die Länge des

linienförmigen Bestrahlungsbereichs zu, nimmt bevorzugt die

Vorschubgeschwindigkeit ab, und umgekehrt. Dies hat folgenden Grund: Bei gleichbleibender Geschwindigkeit in der ersten Richtung wird eine längere Zeitdauer benötigt, um einen linienförmigen Bestrahlungsbereich mit einer großen Länge zu überfahren als einen linienförmigen Bestrahlungsbereich mit einer kleinen Länge. Eine Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit ist daher vorteilhaft, um einen möglichst konstanten Energieeintrag in die Pulverschicht zu erzeugen, wenn die Leistung des Hochenergiestrahls konstant, z.B. auf einer maximalen Leistung, gehalfen werden soll. Es versteht sich, dass die Vorschubgeschwindigkeit unter anderem auch vom ggf. in seiner Größe einstellbaren Durchmesser des

Hochenergiestrahls auf der Pulverschicht abhängig ist; wobei größere Durchmesser des Hochenergiestrahls in der Regel größere Vorschubgeschwindigkeiten

ermöglichen, und umgekehrt.

Werden die erste Richtung und/oder die zweite Richtung bei der Bewegung des linienformigen Bestrahlungsbereichs über die Pulverschicht verändert, insbesondere bei einer Kurvenfahrt, so ist es in der Regel erforderlich, die Laserleistung abhängig von der Position entlang des linienformigen Bestrahlungsbereichs derart

anzupassen, dass der flächige Energieeintrag des Hochenergiestrahls in die

Pulverschicht an jedem Ort im Wesentlichen gleich groß ist. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die Prozessparameter, insbesondere die Laserleistung und die

Scangeschwindigkeit(en), geeignet anzupassen, was zu einem erheblichen steuerungstechnischen Aufwand führen kann.

Um diesen Aufwand zu vermeiden, kann es günstig sein, die Schicht des

herzustellenden dreidimensionalen Bauteils in mehrere streifenförmige Teilbereiche einzuteilen, deren Breite - sofern diese nicht an die Randkontur der herzustellenden Schicht angrenzen - typischerweise der maximal einstellbaren Länge des

linienformigen Bestrahlungsbereichs entspricht. Die streifenförmigen Teilbereiche können nacheinander mittels des Hochenergiestrahls bestrahlt werden, um die Schicht des dreidimensionalen Bauteils zu erzeugen. An Stelle von streifenförmigen Teilbereichen kann die herzustellende Schicht auch in rechteckige oder in

quadratische Teilbereiche eingeteilt werden, beispielsweise in der Art von

Schachbrettfeldern. Die (quadratischen) Teilbereiche können in diesem Fall ebenfalls nacheinander (d.h. Schachbrettfeld für Schachbrettfeld) mit dem Hochenergiestrahl bestrahlt werden, um die Schicht des dreidimensionalen Bauteils zu erzeugen. Die Breite der (quadratischen) Teilbereiche entspricht dabei üblicherweise weniger als zehn Mal der Länge des linienformigen Bestrahlungsbereichs bzw. weniger als zehn Mal der (doppelten) Amplitude der oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung. Auch bei der Bestrahlung der Pulverschicht mit einem linienförmigen

Bestrahlungsbereich, dessen Richtung sich bei der Herstellung des Teilbereichs der Schicht nicht verändert, ist die durchschnittliche Energie pro Fläche (Energiedichte) bei der oszillierenden Bewegung in der Regel nicht homogen über die Länge des linienförmigen Bestrahlungsbereichs verteilt, was aber für die Durchführung des Prozesses vorteilhaft wäre.

Bei einer Variante des Verfahrens wird der Hochenergiestrahl bei der

kontinuierlichen oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung mit konstanter Geschwindigkeit über die Pulverschicht bewegt, d.h. die Scanner-Bewegung in der ersten Richtung erfolgt mit konstanter Geschwindigkeit. Bevorzugt ist in diesem Fall auch die Geschwindigkeit der Bewegung in der zweiten, bevorzugt senkrecht zur ersten verlaufenden Richtung konstant. Auf diese Weise ergibt sich insgesamt eine zickzackförmige Bahnbewegung des Hochenergiestrahls auf der Pulverschicht. Da jede Position der oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung (außer die

Umkehrpunkte) zweimal mit der gleichen Geschwindigkeit überstrichen wird, kann an jeder Position entlang der ersten Richtung bei der oszillierenden Bewegung immer die gleiche Energiedichte eingebracht werden. Bei einer weiteren Variante wird eine Leistung des Hochenergiestrahls an den beiden Umkehrpunkten der kontinuierlichen oszillierenden Bewegung gegenüber einer Leistung des Hochenergiestrahls zwischen den beiden Umkehrpunkten der kontinuierlichen oszillierenden Bewegung reduziert. Bei einer realen

Bearbeitungsmaschine ist die Beschleunigung in einem jeweiligen Umkehrpunkt endlich, so dass der Hochenergiestrahl länger als erwünscht an den Umkehrpunkten der oszillierenden Bewegung verweilt und es dadurch am Rand der oszillierenden Bewegung zu einer unerwünschten erhöhten Aufheizung der Pulverschicht kommt. Dieses Problem kann gelöst werden, indem der Energieeintrag durch die höhere Verweildauer an den Umkehrpunkten durch eine Absenkung der Energie bzw. der Leistung des Hochenergiestrahls an den Umkehrpunkten zumindest teilweise kompensiert wird. Die Leistung an den Umkehrpunkten kann hierbei auf weniger als 40 %, weniger als 30 % oder weniger als 20 % der Leistung zwischen den

Umkehrpunkten abgesenkt werden. Selbst bei einer idealen zickzackförmigen Bahnbewegung, d.h. bei konstanter Scangeschwindigkeit und damit in der ersten Richtung im Mittel homogen verteilter Energie, kann es ggf. zu einem in der zweiten Richtung (d.h. in Vorschubrichtung) inhomogenen Energieeintrag kommen: Weist der Hochenergiestrahl beispielsweise ein im Vergleich zum Vorschub bzw. zur Vorschubgeschwindigkeit pro oszillierender Bewegung schmales gaußförmiges Strahlprofil auf, wird ggf. in Bereichen, die in der zweiten Richtung zwischen benachbarten Umkehrpunkten liegen, weniger Energie eingetragen als an den Umkehrpunkten, während der Energieeintrag mittig zwischen den Umkehrpunkten der oszillierenden Bewegung wesentlich homogener ist. Dies führt ggf. dazu, dass an den Umkehrpunkten das Pulvermaterial weiter über die Schmelztemperatur erhitzt wird als notwendig, was zu einem unruhigeren Prozess führt.

Dieses Problem kann auf die weiter oben beschriebene Weise gelöst werden, d.h. durch eine hohe Geschwindigkeit der oszillierenden Bewegung in der ersten

Richtung im Vergleich zur Geschwindigkeit in der zweiten Richtung

(Vorschubrichtung), d.h. indem die Bewegung des Hochenergiestrahls in den beiden Richtungen, genauer gesagt die Geschwindigkeiten des Hochenergiestrahls in den beiden Richtungen, derart aufeinander abgestimmt wird / werden, dass jede Stelle innerhalb des linienförmigen Bestrahlungsbereichs mindestens zwei Mal, bevorzugt mindestens drei Mal, von dem Hochenergiestrahl überstrichen wird. Dieses

Vorgehen wird allerdings durch die maximal erreichbare Geschwindigkeit der Scanner-Bewegung limitiert, so dass für die Erzeugung eines möglichst homogenen Energieeintrags pro Fläche ggf. die Aufbaurate des dreidimensionalen Werkstücks reduziert werden muss.

In einer Variante ist der kontinuierlichen oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung eine weitere kontinuierliche oszillierende Bewegung in der zweiten, von der ersten verschiedenen, insbesondere zur ersten senkrechten Richtung überlagert. Die weitere kontinuierliche oszillierende Bewegung führt dazu, dass der

Hochenergiestrahl beim Bestrahlen der Pulverschicht eine Bahnkurve z.B. in Form einer Spiralbahn abfährt. Die Amplitude der weiteren oszillierenden Bewegung ist in der Regel deutlich geringer als die Amplitude der oszillierenden Bewegung, welche - bei der Verwendung eines einzigen Hochenergiestrahls - der Länge des linienförmigen Bestrahlungsbereichs entspricht. Beispielsweise kann das Verhältnis zwischen der Amplitude der weiteren oszillierenden Bewegung und der Amplitude der oszillierenden Bewegung zwischen ca. 1 : 3 und 1 : 10 liegen. Zusätzlich zur oszillierenden Bewegung in der zweiten Richtung erfolgt ein Vorschub in der zweiten Richtung, um den linienförmigen Bestrahlungsbereich in der zweiten Richtung über die Pulverschicht zu bewegen. Die Geschwindigkeit in der zweiten Richtung weist somit einen nicht oszillierenden, beispielsweise zeitlich konstanten Anteil sowie einen oszillierenden Anteil auf. Bei einer Weiterbildung dieser Variante erfolgt die oszillierende Bewegung in der ersten Richtung mit einer ersten Oszillationsfrequenz und die weitere oszillierende Bewegung in der zweiten Richtung erfolgt mit einer zweiten Oszillationsfrequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Oszillationsfrequenz ist, wobei die zweite Osziliationsfrequenz bevorzugt mit der ersten Oszillationsfrequenz übereinstimmt. In diesem Fall wird der Hochenergiestrahl typischerweise in Form einer

S piral beweg ung über die Pulverschicht geführt. Sofern die beiden

Oszillationsfrequenzen übereinstimmen, weisen die beiden Oszillationsbewegungen eine konstante Phasenbeziehung bzw. eine konstante Phasenverschiebung auf. Es versteht sich aber, dass eine konstante Phasenbeziehung zwischen den beiden oszillierenden Bewegungen nicht zwingend erforderlich ist.

Bei einer weiteren Weiterbildung liegt eine Phasenverschiebung zwischen der oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung und der weiteren oszillierenden Bewegung in der zweiten Richtung bei π / 2 (d.h. bei 90°). Weist die zusätzliche oszillierende Bewegung eine Phasenverschiebung von 90° zur oszillierenden

Bewegung auf, weist bei einem Stillstand der Achse der Scannereinrichtung in der ersten Richtung (d.h. bei minimaler Geschwindigkeit) die zusätzliche oszillierende Bewegung gerade ihre maximale Geschwindigkeit auf, so dass typischerweise ein in der zweiten Richtung im Wesentlichen homogener Energieeintrag in die

Pulverschicht erreicht wird, ohne dass zu diesem Zweck die Leistung des

Hochenergiestrahls verändert werden muss. Eine solche Reduzierung der Leistung des Hochenergiestrahls zumindest im Bereich der Umkehrpunkte ist aber für eine zusätzliche Homogenisierung des Energieeintrags in der ersten Richtung auch in diesem Fall vorteilhaft. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des Verfahrens zum

Herstellen der Schicht bzw. mindestens eines Teilbereichs der Schicht angepasst sind, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsanlage abläuft. Bei der Datenverarbeitungsanlage kann es sich beispielsweise um eine

Steuerungseinrichtung der Bestrahlungseinrichtung bzw. der Bearbeitungsmaschine handeln. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Bestrahlungseinrichtung mit einer

Strahlformungseinrichtung, welche ein erstes einstellbares Strahlteleskop zur Veränderung der Länge eines Strahlprofils eines Laserstrahls aufweist,

Fig. 2 eine Darstellung einer Bestrahlungseinrichtung analog Fig. 1 , welche

zusätzlich ein zweites einstellbares Strahlteleskop zur Veränderung der

Breite des Strahlprofils aufweist,

Fig. 3 eine Darstellung einer Bestrahlungseinrichtung analog Fig. 2, bei welcher das erste und zweite Strahlteleskop um eine Strahlachse des Laserstrahls drehbar gelagert sind, sowie

Fig. 4 eine Darstellung einer Bearbeitungsmaschine zum Herstellen von

dreidimensionalen Bauteilen, welche eine Bestrahlungseinrichtung entsprechend Fig. 1 bis Fig. 3 aufweist, Fig. 5 eine Darstellung einer Bearbeitungsmaschine analog zu Fig.4, die eine

Bestrahlungseinrichtung mit einer Scannereinrichtung, aber ohne eine Strahlformungseinrichtung aufweist,

Fig. 6a, b Darstellungen einer Pulverschicht mit einem linienförmigen

Bestrahlungsbereich, der durch eine oszillierende Bewegung eines Laserstrahls bzw. von drei Laserstrahlen erzeugt und entlang einer Vorschubrichtung bewegt wird,

Fig. 7a-c drei Darstellungen von zwei Laserstrahlen, die jeweils eine oszillierende

Bewegung ausführen und die gemeinsam einen linienförmigen Bestrahlungsbereich erzeugen, Fig. 8a, b zwei Darstellungen von zwei Laserstrahlen, die eine gegenläufige bzw.

eine gleichsinnige oszillierende Bewegung ausführen,

Fig. 9 Darstellungen von zwei Laserstrahlen, die eine oszillierende Bewegung mit entgegengesetztem Drehsinn ausführen,

Fig. 10 eine Darstellung eines Laserstrahls, der in einer zickzackförmigen

Bahnkurve über die Pulverschicht bewegt wird, sowie

Fig.1 1 a, b zwei Darstellungen der Bewegung eines Laserstrahls, der in einer

spiralförmigen Bahnkurve über die Pulverschicht bewegt wird.

Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Bestrahlungseinrichtung 1 , welche eine Strahlquelle 2 in Form einer Laserquelle, beispielsweise in Form eines Nd:YAG- Lasers oder eines Faserlasers, zur Erzeugung eine Laserstrahls 3 aufweist. Die Bestrahlungseinrichtung 1 weist eine Kollimationseinrichtung 4 zur Kollimation des Laserstrahls 3 auf, welche eine Lichtleitfaser 5 zur Führung des Laserstrahls 3 ausgehend von der Strahlquelle 2 umfasst. An einem der Strahlquelle 2

abgewandten Ende der Lichtleitfaser 5 tritt der Laserstrahl 3 divergent aus. Die Strahiachse Z des Laserstrahls 3 entspricht bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel der Z-Achse eines XYZ-Koordinatensystems.

Das Strahlprofil des Laserstrahls 3 an der Stirnseite des austrittsseitigen Endes der Lichtleitfaser 5 wird u.a. durch die Querschnittsgeometrie der Lichtleitfaser 5 bestimmt. In Fig. 1 unten ist ein Strahlprofil 6 des Laserstrahls 3 an unterschiedlichen Steilen im Strahlengang der in Fig. 1 oben dargestellten Bestrahlungseinrichtung 1 für eine Lichtleitfaser 5 mit einem kreisförmigen Querschnitt dargestellt. In Fig. 1 weiter unten ist zum Vergleich ein Strahlprofil 6' des Laserstrahls 3 bei der

Verwendung einer Lichtleitfaser 5 mit einem rechteckigen Querschnitt dargestellt. Das Strahlprofil 6, 6' des Laserstrahls 3 ist jeweils in einer Ebene XY senkrecht zur Strahlachse Z des Laserstrahls 3 dargestellt. Es versteht sich, dass der Laserstrahl 3 auch ein anderes Strahlprofil aufweisen kann, beispielsweise ein Multimode- Strahlprofil oder ein Top-Hat-Strahlprofil.

Der aus der Lichtleitfaser 5 divergent austretende Laserstrahl 3 durchläuft zunächst ein optisches Element 7, welches beispielsweise als Schutzglas ausgebildet sein kann, das an einem in Fig. 1 nicht dargestellten Gehäuse der

Bestrahlungseinrichtung 1 angebracht ist, und trifft nachfolgend auf eine

Kollimationslinse 8, bei der es sich im gezeigten Beispiel um eine Plankonvexlinse handelt, zur Kollimation des Laserstrahls 3. Es versteht sich, dass auch eine oder mehrere andere typischer Weise sphärische Linsen, beispielsweise Bikonvexlinsen, zur Kollimation des Laserstrahls 3 verwendet werden können. Das Strahlprofil 6, 6' des Laserstrahls 3 nach der Kollimationslinse 8 entspricht dem (vergrößerten) Strahlprofil 6, 6' des Laserstrahls 3 am Austritt der Lichtleitfaser 5.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel weist die Bestrahlungseinrichtung 1 ein erstes Strahlteleskop 9 auf, welches eine erste Zylinderlinse 10a und eine zweite

Zylinderlinse 10b umfasst, die im Strahlweg des kollimierten Laserstrahls 3 aufeinander folgend angeordnet sind. Die beiden Zylinderlinsen 10a, 10b des ersten Strahlteleskops 9 weisen eine Zylindersymmetrie mit einer Symmetrieachse auf, die in Y-Richtung verläuft, so dass die beiden Zylinderlinsen 10a, 10b das Strahl profil 6, 6' des Laserstrahls 3 in X-Richtung, aber nicht in Y-Richtung beeinflussen. Die erste Zylinderlinse 10a ist plankonvex ausgebildet und erzeugt aus dem kollimiert auftreffenden Laserstrahl 3 einen in X-Richtung konvergenten Laserstrahl 3, Die erste Zylinderlinse 10a weist eine Brennweite fi auf, die so gewählt ist, dass die erste Zylinderlinse 10a den Laserstrahl 3 auf eine in Fig. 1 rechts dargestellte Ebene fokussiert, an der ein Bearbeitungsfeld 11 gebildet ist. Der konvergierende

Laserstrahl 3 trifft nachfolgend auf die zweite, plan-konkave Zylinderlinse 10b des ersten Strahiteleskops 9, welche eine Brennweite f2 aufweist und welche den in X- Richtung konvergenten Laserstrahl 3 geringfügig in X-Richtung aufweitet.

Die zweite Zylinderlinse 10b ist in Richtung der Strahlachse Z des Laserstrahls 3 mittels eines Antriebs verschiebbar, die in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Durch die Verschiebung der zweiten Zylinderlinse 10b in Richtung der

Strahlachse Z kann die Länge L des Strahl rofils 6, 6' des Laserstrahls 3 in einer ersten Richtung (X-Richtung) verändert werden, wie in Fig. 1 ebenfalls durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Durch die vergleichsweise geringen Verfahrwege bei der Verschiebung der zweiten Zylinderlinse 10b ist sichergestellt, dass der Laserstrahl 3 stets auf dem Bearbeitungsfeld 11 fokussiert wird. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist die (variable) Länge L des Strahlprofils 6, 6' entlang der ersten Richtung (X-Richtung) größer als die (konstante) Breite B des Strahlprofils 6, 6' entlang der zweiten Richtung (Y-Richtung), es versteht sich aber, dass durch Verschieben der zweiten Zylinderlinse 0b ggf. auch ein Strahlprofil 6, 6' erzeugt werden kann, bei dem die Länge L und die Breite B übereinstimmen oder dessen Länge L kleiner ist als dessen Breite B, so dass bei dem die erste Richtung (X-Richtung) und die zweite Richtung (Y-Richtung) ihre Rollen tauschen. Bei der in Fig. 1 gezeigten Bestrahlungseinrichtung 1 ist im Strahlweg nach dem ersten Strahlteleskop 9 eine weitere Zylinderlinse 13a angeordnet, die gegenüber den beiden Zylinderlinsen 10a, 10b des ersten Strahlteleskops 9 in einer Ebene XY senkrecht zur Strahlachse Z des Laserstrahls 3 um 90° verdreht angeordnet ist. Die Zylinderachse der weiteren Zylinderlinse 13a verläuft somit in X-Richtung, weshalb die weitere Zylinderlinse 13a das Strahlprofil des Laserstrahls 3 in Y-Richtung, aber nicht in X-Richtung verändert. Die weitere Zylinderlinse 13a weist eine Brennweite f3 auf, die so gewählt ist, dass der nach dem ersten Strahlteleskop 9 in Y-Richtung immer noch kollimierte Laserstrahl 3 auch in X-Richtung auf dem Bearbeitungsfeld 1 1 fokussiert wird. Eine zwischen der weiteren Zylinderlinse 13a und dem Bearbeitungsfeld 1 1 angeordnete Scannereinrichtung 15 dient zur Ausrichtung des Laserstrahls 3 an eine einstellbare Position in dem Bearbeitungsfeld 1 1 , wie weiter unten näher beschrieben wird. Die in Fig. 1 gezeigte Bestrahlungseinrichtung 1 bildet das Strahlprofil 6, 6' in einer XY-Ebene an der Stirnseite des austrittsseitigen Endes der Lichtleitfaser 5 auf die XY-Ebene ab, in der das Bearbeitungsfeld 1 1 gebildet ist. Das erste Strahlteleskop 9 bildet gemeinsam mit der weiteren Zylinderlinse 13a eine Strahlformungseinrichtung 14, welche es ermöglicht, durch die Verschiebung der zweiten Zylinderlinse 10b des ersten Strahlteleskops 9 die Länge L des Strahlprofils 6, 6' des Laserstrahls 3 zu verändern bzw. einzustellen. Gegebenenfalls kann bei der in Fig. 1 gezeigten

Bestrahlungseinrichtung 1 auf die erste Zylinderlinse 10a verzichtet werden, d.h. der Laserstrahl 3 trifft kollimiert auf die (zweite) Zylinderlinse 10b auf. In diesem Fall bildet die Kollimationslinse 8 gemeinsam mit der (zweiten) Zylinderlinse 10b ein erstes Strahlteleskop 9. Die Breite B des Strahlprofils 6, 6' des Laserstrahls 3 lässt sich mit Hilfe der in Fig. 1 gezeigten Bestrahlungseinrichtung 1 nicht verändern.

Fig. 2 zeigt eine Bestrahlungseinrichtung 1 , die sich von der in Fig. 1 gezeigten Bestrahlungseinrichtung 1 dadurch unterscheidet, dass die

Strahlformungseinrichtung 14 eine zweite weitere Zylinderlinse 13b aufweist, die mit der (ersten) weiteren Zylinderlinse 13a ein zweites Strahlteleskop 12 bildet. Die zweite weitere Zylinderlinse 13b weist wie die erste weitere Zylinderlinse 13a eine Zylinderachse auf, die in X-Richtung verläuft, so dass diese den Laserstrahl 3 nur in Y-Richtung, aber nicht in X-Richtung beeinflusst. Die weitere zweite Zylinderlinse 13b ist entlang der Strahlachse Z des Laserstrahls 3 mittels einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Antriebseinrichtung verschiebbar. Bei der ersten weiteren Zylinderlinse 13a des zweiten Strahlteleskops 12 kann es sich wie bei der ersten Zylinderlinse 10a des ersten Strahlteleskops 9 beispielsweise um eine Plankonvexlinse handeln. Bei der zweiten weiteren Zylinderlinse 13b des zweiten Strahlteleskops 12 kann es sich wie bei der zweiten Zylinderlinse 10b des ersten Strahlteleskops 9 beispielsweise um eine plan-konkave Linse handeln. Durch die Verschiebung der zweiten weiteren Zylinderlinse 13b des zweiten Strahlteleskops 12 kann die Breite B des Strahlprofils 6, 6' des Laserstrahls 3 entlang der zweiten Richtung (Y-Richtung) eingestellt werden. Zusätzlich zur zweiten weiteren Zylinderlinse 13b des zweiten Strahlteleskops 12 kann ggf. auch die erste weitere Zylinderlinse 13a des zweiten Strahlteleskops 12 in Strahlrichtung Z des Laserstrahls 3 bewegt werden. Gegebenenfalls kann lediglich eine weitere erste Zylinderlinse 13a in der Strahlformungseinrichtung 14 vorgesehen sein, die zusammen mit der Kollimationsiinse 8 ein zweites Strahlteleskop 12 bildet. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann sowohl die Länge L als auch die Breite B des Strahlprofils 6, 6' verändert bzw. eingestellt werden. Insbesondere kann durch die Veränderung sowohl der Länge L als auch der Breite B ein

Strahlprofil 6, 6' des Laserstrahls 3 eingestellt werden, bei dem die Länge L mit der Breite B übereinstimmt Eine Veränderung der Orientierung des Strahlprofils in der XY-Ebene senkrecht zur Strahlachse Z ist mit der in Fig. 2 gezeigten

Bestrahlungseinrichtung 1 jedoch nicht möglich. Bei der Bestrahlungseinrichtung 1 , welche in Fig. 3 gezeigt ist, ist eine solche

Veränderung der Orientierung des Strahlprofils 6, 6' des Laserstrahls 3 in Form einer Drehung der ersten Richtung X und der zweiten Richtung Y senkrecht zur

Strahlachse Z des Laserstrahls 3 möglich. In Fig. 3 ist unten rechts das jeweils resultierende Strahlprofil 6, 6' des Laserstrahls 3 nach der Drehung gezeigt, welches eine neue erste Richtung X' und eine neue zweite Richtung Y' aufweist, die gegenüber der ersten Richtung X und der zweiten Richtung Y vor der

Strahlformungseinrichtung 14 in der XY-Ebene unter einem Winkel verlaufen, d.h. gedreht sind. Um die Drehung des Strahlprofils 6, 6' des Laserstrahls 3 um die Strahlachse Z zu bewirken, kann die gesamte in Fig. 3 gezeigte Strahlformungseinrichtung 14 um die Strahlrichtung Z des Laserstrahls 3 gedreht werden. Zu diesem Zweck sind das erste Strahlteleskop 9 und das zweite Strahlteleskop 12 drehbar gelagert, wobei die drehbare Lagerung im gezeigten Beispiel dadurch realisiert wird, dass das erste und zweite Strahlteleskop 9, 12 auf einem gemeinsamen Halter 17 angeordnet sind, der um die Strahlachse Z drehbar gelagert ist. Die Bestrahlungseinrichtung 1 weist einen rotatorischen Antrieb 18 auf, der ausgebildet ist, den Halter 17 und somit die beiden Strahlteleskope 9, 12 um die Strahlachse Z zu drehen. Die Ansteuerung der Antriebe für die Zylinderünsen 10b, 13a, 13b bzw. für den rotatorischen Antrieb 18 wird von einer Steuerungseinrichtung 16 vorgenommen, die auch die Scannereinrichtung 15 ansteuert, um den Laserstrahl 3 an einer

einstellbaren bzw. gewünschten Position Xp, Yp (vgl. Fig. 4) auf dem

Bearbeitungsfeld 1 1 auszurichten, wie weiter unten näher beschrieben wird. Die Steuerungseinrichtung 16 dient insbesondere dazu, die jeweiligen Antriebe für die Zylinderlinsen 10b, 13a, 13b sowie den rotatorischen Antrieb 18 in Abhängigkeit von der Position XP, YP des Laserstrahls 3 in dem Bearbeitungsfeld 1 1 und somit die Länge L und/oder die Breite B des Strahlprofils 6, 6' sowie ggf. die Ausrichtung des Strahlprofils 6, 6' senkrecht zur Strahlrichtung Z des Laserstrahls 3 zu verändern bzw. einzustellen. Es versteht sich, dass diese Einstellung auch von der Geometrie des herzustellenden dreidimensionalen Bauteils bzw. der (virtuellen) Aufteilung des zu bestrahlenden Bereichs in Teilbereiche abhängig ist, wie weiter unten näher beschrieben wird. Es versteht sich auch, dass die Veränderung der Ausrichtung des Strahlprofils 6, 6' auch bei einer Bestrahlungseinrichtung 1 erfolgen kann, welche nur eine Veränderung der Länge L des Strahlprofils 6, 6', aber keine Veränderung der Breite B des Strahlprofils 6, 6' ermöglicht, wie dies bei der in Fig. 1 gezeigten

Bestrahlungseinrichtung 1 der Fall ist. Die in Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigte Bestrahlungseinrichtung 1 kann in einer

Bearbeitungsmaschine 20 zum Herstellen von dreidimensionalen Bauteilen 21 eingesetzt werden, welche beispielhaft in Fig. 4 dargestellt ist. Im gezeigten Beispiel weist die Scannereinrichtung 15 der Bestrahlungseinrichtung 1 einen ersten und einen zweiten Scannerspiegel 22a, 22b auf, die mittels zugehöriger Drehantriebe 23a, 23b um zwei Drehachsen drehbar sind, die beispielsweise mit der X-Richtung bzw. mit der Y-Richtung eines XYZ-Koo rd i n ate n sy ste m s übereinstimmen können. Im Strahlengang auf die Scannereinrichtung 15 folgt ein Objektiv 24, welches zusätzlich eine Fokussierung des Laserstrahls 3 vornimmt, um den von der Scannereinrichtung 15 abgelenkten Laserstrahl 3 in einem Bearbeitungsfeld 11 (vgl. Fig. 1 bis Fig. 3) zu fokussieren. Das Objektiv 24 nimmt hierbei keine Homogenisierung vor, um das Strahlprofil 6, 6' nicht zu verändern. Das Bearbeitungsfeld 1 1 entspricht einer XY- Ebene, in der eine in Fig. 4 gezeigte oberste Pulverschicht 25 eines auf einen Träger 26, genauer gesagt auf eine Trägerplatte, aufgebrachten Pulverbetts angeordnet ist. Der Träger 26 ist in einer Bearbeitungskammer 27 angeordnet, die ein Sichtfenster 28 für den Durchtritt des Laserstrahls 3 aufweist.

Das Objektiv 24 dient unter anderem auch dazu, den Laserstrahl 3 unabhängig von der Position Xp, Yp auf dem Bearbeitungsfeld 1 1 , welches bei einer geeigneten Positionierung der Bestrahlungseinrichtung 1 mit der XY-Ebene mit der in einer vorgegebenen Höhe H über dem Träger 26 angeordneten Pulverschicht 25 übereinstimmt, die Strahlachse Z des aus dem Objektiv 24 austretenden Laserstrahls 3 im Wesentlichen senkrecht zur XY-Ebene bzw. zur Pulverschicht 25 auszurichten. Es versteht sich, dass die Pulverschicht 25 anders als in Fig. 4 gezeigt ist nicht nur auf die Oberseite des bereits fertiggestellten Teils des dreidimensionalen Bauteils 21 begrenzt ist, sondern vielmehr die oberste Schicht eines Pulverbettes bildet, welches sich über die gesamte Oberseite des Trägers 26 bis zur Höhe H erstreckt. Die Pulverschicht 25, genauer gesagt der in Fig. 4 gezeigte Bereich der

Pulverschicht 25, welcher dem für das Herstellen einer zusätzlichen Schicht des dreidimensionalen Bauteils 21 bestrahlt werden soll und welcher daher mit der Geometrie des herzustellenden Bauteils 21 übereinstimmt, wird bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel virtuell von der Bearbeitungsmaschine 20, beispielsweise von der Steuerungseinrichtung 16 der Bestrahlungseinrichtung 1 , in vier flächenhafte erste Teilbereiche Tia, Tib, Tic, Tid sowie in einen zweiten Teilbereich T2 aufgeteilt, der im Wesentlichen die inneren und äußeren Konturlinien des Bauteils 21 auf der entsprechenden Höhe H sowie weitere innen liegende Konturlinien enthält, welche die ersten Teilbereiche Ti a ,... , Tid voneinander separieren.

Die ersten Teilbereiche Tia,... , Tid sind im Wesentlichen streifenförmig bzw.

rechteckig ausgebildet, wobei die Länge L des Strahlprofils 6, 6' des Laserstrahls 3 in dem jeweiligen Teilbereich Tia,... , Tid auf dem Bearbeitungsfeld 1 1 bzw. der Pulverschicht 25 nicht größer ist als die maximal mittels der

Strahlformungseinrichtung 14 einstellbare Länge L. Der erste Teilbereich Ti a des Bearbeitungsfelds 1 1 bzw. der Pulverschicht 25 wird mit einem Strahlprofil 6, 6' bestrahlt, dessen Länge L (in X-Richtung) deutlich größer ist als dessen Breite B, d.h. mit einem linienförmigen Strahlprofil 6, 6'. Die Position Xp, Yp des Zentrums des Strahlprofils 6, 6' des Laserstrahls 3 wird hierbei entlang einer Bahnkurve B bewegt, welche in Y-Richtung in der Mitte des ersten Teilbereichs Tia verläuft. Die Länge L des Strahlprofits 6, 6' des Laserstrahls 3 verläuft senkrecht zur Richtung der

Bahnkurve B (d.h. in X-Richtung) und die Länge L wird in Abhängigkeit von der Position Xp, Yp des Laserstrahls auf dem Bearbeitungsfeld 11 dynamisch so angepasst, dass diese mit der jeweiligen Erstreckung (bzw. der Breite) des ersten Teilbereichs Tia in X-Richtung übereinstimmt. Auf diese Weise wird der erste

Teilbereich Tia vollständig bestrahlt, ohne dass zu diesem Zweck eine

Richtungsumkehr des Laserstrahls 3 erforderlich ist. Das linienförmige Strahlprofil 6, 6' des Laserstrahls 3 ist in dem ersten Teilbereich T-i a beispielhaft an mehreren Positionen gestrichelt dargestellt.

Entsprechend wird auch der zweite Teilbereich Tab mittels des Laserstrahls 3 bestrahlt, wobei im gezeigten Beispiel zwischen der Bestrahlung des ersten flächenhaften Teilbereichs Ti a und der Bestrahlung des zweiten flächenhaften Teilbereiches Tib die Ausrichtung des Strahlprofils 6, 6' in der XY-Ebene gedreht wird, und zwar um 90°, Auf diese Weise kann der zweite flächenhafte Teilbereich Tib des Bearbeitungsfeldes 11 bzw. der Pulverschicht 25 analog zum ersten

flächenhaften Teilbereich Ti a bestrahlt werden, d.h. es kann die Länge L des

(gedrehten) Strahlprofils 6, 6' verändert werden, während der Laserstrahl 3, genauer gesagt das Zentrum des Strahlprofils 6, 6', sich entlang einer Geraden bewegt, die in der Mitte des zweiten flächenhaften Teilbereichs Tib in X-Richtung verläuft.

Entsprechend können durch eine geeignete Drehung des Strahlprofils 6, 6' auch der dritte und der vierte flächenhafte Teilbereich Tic, Tid bestrahlt werden. Alternativ oder zusätzlich zu einer Drehung des Strahlprofils 6, 6' können die flächenhaften

Teilbereiche Ti a , Tid auf die weiter oben beschriebene Weise bestrahlt werden, ohne dass zu diesem Zweck eine Drehung des Strahlprofils 6, 6 * erfolgt.

Gegebenenfalls kann in diesem Fall die Geometrie der flächenhaften Teilbereiche Tia, Tid geeignet angepasst werden. Beispielweise kann bei der Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Bestrahlungseinrichtung 1 , die nur eine Veränderung der Länge L des Strahlprofils 6, 6' in X-Richtung zulässt, eine Aufteilung des zu bestrahlenden Bereichs der Pulverschicht 25 in mehrere sich mit der Längsseite in Y-Richtung erstreckende flächenhafte Teilbereiche Ti a , ... erfolgen, deren Breite in X-Richtung jeweils nicht größer als die maximal einstellbare Länge L des Strahlprofils 6, 6' in X- Richtung ist. Gegebenenfalls kann nicht nur die Länge L und/oder die Breite B des Strahlprofils 6, 6', sondern auch die Ausrichtung des Strahlprofils 6, 6' senkrecht zur Strahlachse Z während der Bestrahlung eines einzelnen flächenhaften Teilbereichs Tia, Tid eingestellt bzw. verändert werden.

Nach der Bestrahlung der flächenhaften ersten Teilbereiche Ti a , Tid erfolgt die Bestrahlung des zweiten Teilbereichs T2, wozu im gezeigten Beispiel das Strahlprofil 6, 6' des Laserstrahls 3 mittels der Strahlformungseinrichtung 14 so eingestellt wird, dass die Länge L und die Breite B des Strahlprofils 6, 6' übereinstimmen. Die Länge L (und entsprechend die Breite B) wird zudem mittels der Strahlformungseinrichtung 14 auf weniger als ca. ,0 mm, bevorzugt weniger als 100 pm, insbesondere auf einige 10 pm eingestellt. Auf diese Weise kann der zweite, die Konturlinien

enthaltende Teilbereich I2 der Pulverschicht 25 mittels eines im Wesentlichen punktförmigen Laserstrahls 3 bestrahlt werden. Es versteht sich, dass die

Bestrahlung des zweiten Teilbereichs T2 alternativ auch vor der Bestrahlung der flächenhaften ersten Teilbereiche Ti a , Tid erfolgen kann. Gegebenenfalls kann für die Bestrahlung des zweiten Teilbereichs T2 alternativ die Strahlformungseinrichtung 14 aus dem Strahlengang des Laserstrahls 3 entfernt und beispielsweise durch eine Fokussierlinse ersetzt werden, um ein Strahlprofil 6 zu erhalten, bei dem die Länge L und die Breite B übereinstimmen. Die auf die oben beschriebene Weise

entsprechend des Hülle-Kern-Verfahrens vollständig bestrahlte Pulverschicht 25 bildet eine (weitere) Schicht des dreidimensionalen Bauteils 21 aus.

Mittels einer nicht dargestellten Auftragseinrichtung, beispielsweise unter

Verwendung eines Rakels, kann ein in Pulverform vorliegender Stoff, beispielsweise ein Metallpulver, aus einem Vorratsbehälter der Bearbeitungsmaschine 20

entnommen werden, um eine weitere Pulverschicht 25 auf das Pulverbett mit dem dreidimensionalen Bauteil 21 aufzubringen, welches bereits bis zur Höhe H

fertiggestellt ist. Dieser Vorgang kann so lange fortgesetzt werden, bis das

dreidimensionale Bauteil 21 vollständig fertiggestellt ist. In Abhängigkeit von der momentanen Fläche des Strahlprofils 6, 6' des Laserstrahls 3 in dem

Bearbeitungsfeld 11 kann ggf. bei der Bestrahlung auch eine Anpassung der

Leistung des Laserstrahls 3 erfolgen. Hierbei kann die Steuerungseinrichtung 16 die momentane Flächenleistung, welche von der momentanen Laserleistung und der momentanen Länge und Breite des Strahlprofils 6, 6' abhängt, mit der Vorschubgeschwindigkeit derart koppeln, dass die Volumenaufschmelzleistung konstant bzw. stabil gehalten wird und auf diese Weise einen sicherer

Aufschmelzprozess bzw. ein sicherer Schweißprozess gewährleistet werden kann.

Zusätzlich zur Veränderung der Länge L und/oder der Breite B des Strahlprofils 6, 6' des Laserstrahls 3 kann eine Änderung des Strahlprofils 6, 6' erfolgen, indem das Strahlprofil 6, 6' mittels eines weiteren optischen Elements 19 verändert wird, welches wahlweise in den Strahlengang des Laserstahls 3 nach der Kollimationslinse 8 (oder ggf. an anderer Stelle) eingebracht oder aus diesem entfernt werden kann, wie dies in Fig. 2 und in Fig. 3 gezeigt ist. Es versteht sich, dass eine solche zusätzliche Veränderung des Strahlprofils 6, 6' auch bei der in Fig. 1 gezeigten Bestrahlungseinrichtung 1 erfolgen kann. Im gezeigten Beispiel ist das weitere optische Element 19 ausgebildet, das

Strahlprofil 6, 6' des Laserstrahls 3 entlang der zweiten Richtung Y, d.h. entlang seiner Breite B, in einen ersten Profilbereich 6a, 6a', einen zweiten Profilbereich 6b, 6b' und einen dritten Profilbereich 6c, 6c'aufzuteilen, die jeweils durch dazwischen liegende Profilbereiche getrennt sind, in denen das Strahlprofil 6, 6' nur eine sehr geringe Leistung aufweist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Für die Unterteilung des Strahlprofils 6, 6' ist das weitere optische Element 19 im gezeigten Beispiel als Keilplatte ausgebildet und weist zwei keilförmige Abschnitte 19a, 19c mit planen, zur Strahlachse Z unter einem Winkel angeordneten Flächen auf, die seitlich benachbart zu einem zentralen, vollständig planen Plattenbereich 19b angeordnet sind. Die Teile des Strahlprofils 6, 6', die auf die keilförmigen Abschnitte 19a, 19c treffen, werden in Y-Richtung jeweils nach außen, d.h. von der Strahlachse Z weg, abgelenkt und bilden den ersten und dritten Profilbereich 6a, 6a' bzw. 6c, 6c'. Der Teil des

Strahlprofils 6, 6' welcher den planen Plattenbereich 19b durchläuft, bildet den zweiten, mittleren Profilbereich 6b, 6b' des Strahlprofils 6, 6'.

Eine solche Unterteilung des Strahlprofils 6, 6'in der zweiten Richtung (Y-Richtung) kann dazu dienen, eine Vorwärmung bzw. eine Nachwärmung des herzustellenden Bauteils 21 bzw. der Pulverschicht 25 zu erzeugen. Der Anteil der Leistung des Laserstrahls 3, der auf den ersten, zweiten bzw. dritten Profilbereich 6a, 6a'; 6b, 6b'; 6c, 6c' entfällt, ist im gezeigten Beispiel durch die Geometrie des weiteren optischen Elements 19 in Form der Keilplatte vorgegeben. Die Anteile können ggf. in geringen Grenzen dadurch verändert werden, dass die Position der Keilplatte 19 in Y-Richtung verändert wird. Alternativ zur Keilplatte 19 können für die Unterteilung des

Strahlprofils beispielsweise zwei keilförmige optische Elemente in der

Strahlformungseinrichtung 14 vorgesehen sein, die analog zu den keilförmigen Abschnitten 19a, 19c der Keilplatte 19 ausgebildet sind und die unabhängig voneinander in Y-Richtung verschoben werden können. Durch die unabhängige Verschiebung der keilförmigen optischen Elemente in den bzw. aus dem

Strahlengang des Laserstahls 3 kann der Anteil der Leistung des Laserstrahls 3 und somit der gewünschte Energieeintrag bei der Vorwärmung bzw. bei der

Nachwärmung gezielt eingestellt werden. Beispielsweise kann ein hoher Anteil, z.B. mehr als 70 %, der gesamten Leistung des Laserstrahls 3 auf den zweiten, mittleren Profilbereich 6b, 6b' entfallen, während auf den ersten und den zweiten Profilbereich jeweils ein geringer Anteil der gesamten Leistung des Laserstrahls 3 entfällt.

Das weitere optische Element 19 kann mit einem in Fig. 2 und Fig. 3 durch einen Doppelpfeil angedeuteten Antrieb in den Strahlengang des Laserstrahls 3

eingebracht bzw. aus diesem heraus gefahren werden, je nachdem, ob die zusätzliche Formung bzw. eine Aufteilung des Strahlprofils 6, 6' mittels des weiteren optischen Elements 19 gewünscht ist oder nicht. Das Ein- und Ausbringen des weiteren optischen Elements 19 kann ggf. in Abhängigkeit von der Position Xp, Yp des Laserstrahls 3 auf dem Bearbeitungsfeld 1 1 erfolgen. So können beispielsweise die flächenhaften ersten Teilbereiche Ti a , Tid mit einem in den Strahlengang eingebrachtem weiteren optischen Element 19 bestrahlt werden, wohingegen der zweite Teilbereich T2 ohne ein in den Strahlengang des Laserstrahls 3 eingebrachtes weiteres optisches Element 19 bestrahlt werden kann.

Es versteht sich, dass bei der in Fig. 3 gezeigten Bestrahlungseinrichtung 1 ggf. eine Drehung des weiteren optischen Elements 19 gemeinsam mit dem um die

Strahlachse Z drehbaren Halter 17 erfolgen kann bzw. dass das weitere optische Element 19 auf dem um die Strahfachse Z drehbaren Halter 1 7 positioniert sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann zur zusätzlichen Formung, insbesondere zur Aufteilung, des Strahlprofils 6, 6' das in Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigte optische Element 7 verwendet werden, welches im Strahlengang vor der Kollimationslinse 8 angeordnet ist, wenn dieses beispielsweise als diffraktives optisches Element ausgebildet ist. Das diffraktive optische Element 7 kann in diesem Fall wie weiter oben beschrieben mittels eines Antriebs in den Strahlengang eingebracht bzw. aus diesem heraus gefahren werden, je nachdem, ob eine zusätzliche Formung des Strahlprofils 6, 6' gewünscht ist oder nicht.

Bei der in Fig. 1 bis Fig. 4 beschriebenen Bestrahlungseinrichtung 1 kann auf die weiter oben beschriebene Weise die Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils 21 mit einer höheren Aufbaurate erfolgen als dies bei herkömmlich zu diesem Zweck verwendeten Bearbeitungsmaschinen der Fall ist. Zudem kann die

Scannereinrichtung 15 aufgrund der nicht erforderlichen Richtungsumkehr weniger dynamisch und daher kostengünstiger ausgebildet werden als bei herkömmlichen Bearbeitungsmaschinen. Gegebenenfalls kann hierbei auf die Verwendung eines Objektivs, beispielsweise des in Fig. 4 gezeigten Objektivs 24, verzichtet werden, d.h. die Fokussierung erfolgt ausschließlich vor der Scannereinrichtung 15.

Fig. 5 zeigt eine Bearbeitungsmaschine 20, die ebenfalls die Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils 21 mit einer höheren Aufbaurate ermöglicht. Die

Bearbeitungsmaschine 20 von Fig. 5 unterscheidet sich von der in Fig. 4 gezeigten Bearbeitungsmaschine 20 im Wesentlichen dadurch, dass die

Bestrahlungseinrichtung 1 keine Strahlformungseinrichtung aufweist. Der von der Strahlquelle 2 erzeugte Laserstrahl 3 wird somit ohne eine Veränderung seines Strahlprofils und somit mit einem typischer Weise kreisförmigen bzw. runden

Strahlquerschnitt bzw.„Spot" mit Hilfe der Scannereinrichtung 15 auf das

Bearbeitungsfeld 11 , genauer gesagt auf die oberste Pulverschicht 25, eingestrahlt.

Fig. 6a zeigt einen Ausschnitt der obersten Pulverschicht 25 mit einem Teilbereich T a einer Schicht des zu generierenden dreidimensionalen Bauteils 21 von Fig. 5 sowie mit dem Laserstrahl 3, genauer gesagt mit dessen punktförmigem Strahlprofil. Wie in Fig. 6a durch einen gestrichelten Doppelpfeil angedeutet ist, wird der Laserstrahl 3 mit einer oszillierenden Bewegung in einer ersten Richtung R1 (X-Richtung) kontinuierlich und mehrfach über die Pulverschicht 25 bewegt, wobei ein

linienförmiger Bestrahlungsbereich 30 erzeugt wird, in dem die Pulverschicht 25 aufgeschmolzen wird. Der linienförmige Bestrahlungsbereich 30, der in Fig. 6a zunächst an einem oberen Ende des Teilbereichs T a erzeugt wird, wird in einer zweiten, von der ersten verschiedenen Richtung R2 entlang einer in Fig. 6a angedeuteten Bahnkurve 31 über die Pulverschicht 25 bewegt, bis der Teilbereich T a mit der gewünschten Geometrie vollständig aufgeschmolzen und somit der erste Teilbereich T a der Schicht des dreidimensionalen Bauteils 21 vollständig hergestellt ist.

Wie in Fig. 6a zu erkennen ist, werden bei der Bewegung des linienförmigen

Bestrahlungsbereichs 30 über die Pulverschicht 25 die erste Richtung R1 und die zweite Richtung R2 kontinuierlich verändert, so dass die erste Richtung R1 an dem in Fig. 6a oberen Ende des Teilbereichs T a mit der X-Richtung des (ortsfesten) Bearbeitungsfeldes 11 übereinstimmt, während die erste Richtung R1 am rechten Ende des Teilbereichs T a mit der Y-Richtung des Bearbeitungsfeldes 11

übereinstimmt, d.h. beide Richtungen R1 , R2 werden um 90° gedreht.

Die zweite Richtung R2, d.h. die Vorschubrichtung, entspricht am oberen Ende der Pulverschicht 25 der (negativen) Y-Richtung des Bearbeitungsfeldes 11 und wird bei der Bewegung des linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 ebenfalls kontinuierlich um 90° gedreht, so dass die zweite Richtung R2 am rechten Ende des Teilbereichs Ta mit der X-Richtung des Bestrahlungsfeldes 11 übereinstimmt. Wie in Fig. 6a ebenfalls angedeutet ist, sind bei der Bewegung des linienförmigen

Bestrahlungsbereichs 30 über die Pulverschicht 25 die beiden Richtungen R1 , R2 nicht zwingend senkrecht zueinander ausgerichtet, vielmehr kann der Winkel, unter dem die beiden Richtungen R1 , R2 zueinander in dem Bearbeitungsfeld 11 ausgerichtet sind, bei der Bewegung über die Pulverschicht 25 variieren. Dabei wird vorzugsweise die Leistung des Laserstrahls 3 während der oszillierenden Bewegung derart geregelt, dass die zu beleuchtende Fläche bzw. der Teilbereich Ta einen flächig konstanten Energieeintrag erfährt. In obigem Beispiel, bei dem der

linienförmige Bestrahlungsbereich 30 entlang einer„Linkskurve" bewegt wird, wird die Leistung bei der Bewegung entlang der Bahnkurve 31 in positive X- und Y- Richtung gesenkt und in negative X- und Y-Richtung erhöht.

Wie in Fig. 6a ebenfalls zu erkennen ist, wird bei der Bewegung des linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 über die Pulverschicht 25 auch dessen Länge L entlang der vom Ort auf dem Bestrahlungsfeld 11 veränderlichen ersten Richtung R1 verändert, und zwar in Abhängigkeit von der Geometrie des herzustellenden Teilbereichs T a der Schicht des dreidimensionalen Bauteils 21. Die Erzeugung des linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 sowie dessen Bewegung über die Pulverschicht 25 wird im gezeigten Beispiel mit Hilfe der beiden Scannerspiegel 23a, 23b der

(zweidimensionalen) Scannereinrichtung 15 realisiert. Zu diesem Zweck werden die Drehantriebe 23a, 23b der beiden Scannerspiegel 22a, 22b mit Hilfe der

Steuerungseinrichtung 16 geeignet angesteuert, um den Laserstrahl 3 im

Bearbeitungsfeld 11 der Scannereinrichtung 15 geeignet zu positionieren. Die

Drehantriebe 23a, 23b können zur Erzeugung der oszillierenden Bewegung mit einer hohen Frequenz angesteuert werden, um eine Oszillationsfrequenz von z.B. mehr als ca. 1 kHz zu erreichen.

Mit Hilfe der Drehantriebe 23a, 23b kann der Laserstrahl 3 insbesondere derart im Bearbeitungsfeld 11 bewegt werden, dass der linienförmige Bestrahlungsbereich 30 praktisch beliebig ausgerichtet bzw. gedreht werden kann und auch die (doppelte) Amplitude der oszillierenden Bewegung, d.h. die Länge L des linienförmigen

Bestrahlungsbereichs 30, über einen vergleichsweise großen Wertebereich variiert werden kann, der selbstverständlich durch die Größe des Bearbeitungsfeldes 11 der Scannereinrichtung 15 begrenzt ist. Die Steuerungseinrichtung 16 greift zur

Ansteuerung der Drehantriebe 23a, 23b auf Daten über die (zweidimensionale) Geometrie des zu erzeugenden dreidimensionalen Bauteils 21 an der jeweils zu bestrahlenden Pulverschicht 25 zurück, die in einer Speichereinrichtung abgelegt sind bzw. die von einem Programmiersystem vorgegeben werden.

Wie in Fig. 6a, b ebenfalls zu erkennen ist, weisen die beiden Ränder 32a, b des herzustellenden Teilbereichs T a , die bei der Bewegung der beiden Enden des linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 entlang der in Fig. 6a, b gezeigten Bahnkurve 31 entstehen, eine hohe Glattheit auf, d.h. diese entsprechen mit einer hohen

Auflösung der Soll-Kontur des Randes des herzustellenden Teilbereichs Ta. Die hohe Auflösung wird durch die Veränderung der Ausrichtung sowie durch die Veränderung der Länge L des linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 bei der Bewegung entlang der Bahnkurve 31 erreicht. Einer oder ggf. beide Ränder 32a, b des Teilbereichs T a können mit einer Kontur des herzustellenden Bauteils 21 übereinstimmen.

Insbesondere bei großen Bauteilen 21 stimmt/stimmen einer oder beide Ränder 32a, b des Teilbereichs T a ggf. nicht mit der Kontur des Bauteils 21 überein, da sich an den jeweiligen Rand 32a, b seitlich benachbart ggf. ein weiterer herzustellender Teilbereich des Bauteils 21 anschließt.

Fig. 6b zeigt wie Fig. 6a die Herstellung des Teilbereichs T a der Schicht des dreidimensionalen Bauteils 21 , bei der in Fig. 6b gezeigten Darstellung werden aber im Gegensatz zu Fig. 6a nicht einer, sondern drei Laserstrahlen 3a-c verwendet, um den linienförmigen Bestrahlungsbereich 30 zu erzeugen. Jeder der drei

Laserstrahlen 3a-c führt hierbei eine oszillierende Bewegung aus, die einen ersten, zweiten und dritten Abschnitt 30a-c des linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 bilden. Die drei Abschnitte 30a-c, die den linienförmigen Bestrahlungsbereich 30 bilden, grenzen hierbei unmittelbar aneinander an und weisen die gleiche Länge L1 (entsprechend der doppelten Amplitude der oszillierenden Bewegung) auf. Durch die Verwendung von zwei oder mehr Laserstrahlen 3a-c kann die in die Pulverschicht 25 eingebrachte Leistung gesteigert und die Aufbaurate zur Herstellung des

dreidimensionalen Bauteils 21 erhöht werden. Die drei Laserstrahlen 3a-c sind im gezeigten Beispiel unabhängig voneinander über die Pulverschicht 25 bewegbar. Um dies zu ermöglichen, kann die

Scannereinrichtung 15 drei Paare von Scannerspiegetn 22a, 22b aufweisen, die jeweils als zweidimensionale Scanner dienen, um einen jeweiligen Laserstrahl 3a-c über die Pulverschicht 25 zu bewegen. Es versteht sich, dass auch zwei oder mehr als drei Laserstrahlen 3a-c auf diese Weise unabhängig voneinander über die Pulverschicht 25 bzw. über das Bearbeitungsfeld 1 1 bewegt werden können.

Gegebenenfalls können auch diffraktive, ggf. schaltbare optische Elemente dazu verwendet werden, um zwei oder mehr Laserstrahlen 3a-c unabhängig voneinander über die Pulverschicht 25 zu bewegen.

Können zwei oder mehr Laserstrahlen 3a-c unabhängig voneinander über die Pulverschicht 25 bewegt werden, können diese wie in Fig. 6b dargestellt ist einerseits zur gemeinsamen Erzeugung eines linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 verwendet werden. In Abhängigkeit von der Geometrie des herzustellenden Bauteils 21 bzw. von der Geometrie eines jeweils herzustellenden Teilbereichs T a der Schicht des herzustellenden Bauteils 21 , entsprechend einem zu bestrahlenden Teilbereich Ti a , Tid bzw. T2 der Pulverschicht 25 (vgl. Fig. 5), können die zwei oder mehr Laserstrahlen 3a-c andererseits auch dazu verwendet werden,

unabhängig voneinander unterschiedliche Teilbereiche Ti a , Tid bzw. T2 der Pulverschicht 25 (vgl. Fig. 5) zu bestrahlen, wobei z.B. bei der Erzeugung einer Konturlinie des herzustellenden Bauteils 21 der jeweilige Laserstrahl 3a-c keine oszillierende Bewegung ausführt. Die Verwendung von mehreren Laserstrahlen 3a-c erhöht somit die Flexibilität bei der Herstellung unterschiedlicher dreidimensionaler Bauteile 21 deutlich.

Der in Fig. 6b gezeigte linienförmige Bestrahlungsbereich 30 kann mit Hilfe von zwei oder mehr Laserstrahlen 3a, 3b auf unterschiedliche Weise erzeugt werden, um einen Einfluss auf die Stabilität der Schmelze im Sinne einer Schmelzbadberuhigung bzw. einen Einfluss auf die Homogenität der Schmelze zu nehmen, sowie ggf. die Aufbau rate zu steigern, indem die Länge L des linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 bzw. des Schmelzbades vergrößert wird. Fig. 7a zeigt die Erzeugung des linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 unter Verwendung von zwei Laserstrahlen 3a, 3b, die analog zu Fig. 6b einen jeweiligen Abschnitt 30a, 30b mit identischer Länge L1 erzeugen, indem diese jeweils eine oszillierende Bewegung ausführen. Fig. 7b zeigt einen Fall, bei dem sich die beiden Abschnitte 30a, 30b teilweise, und zwar in einem Bereich, der ca. 10 % der Länge L1 ausmacht, überlappen. Fig. 7c zeigt einen Fall, bei dem die beiden Abschnitte 30a, 30b eine unterschiedliche Länge L1 , L2 aufweisen, um gemeinsam den linienförmigen Bestrahlungsbereich 30 zu bilden. Es versteht sich, dass die beiden Abschnitte 30a, 30b sich ggf. vollständig (zu 100 %) überlappen können, wobei grundsätzlich jeder Wert für den Überlapp (d.h. zwischen 0 % und 100 %) möglich ist.

Fig. 8a, b zeigen den Fall des linienförmigen Bestrahlungsbereichs von Fig. 7a, bei dem die beiden Abschnitte 30a, b sich nicht überlappen und eine identische Länge L1 aufweisen. In Fig. 8a, b weisen die beiden Abschnitte 30a, b eine konstante

Phasenbeziehung auf, d.h. die oszillierende Bewegung der jeweiligen Laserstrahlen 3a, 3b erfolgt mit der gleichen Oszillationsfrequenz. Fig. 8a zeigt den Fall, bei dem die beiden Laserstrahlen 3a, 3b gegenläufig bewegt werden, Fig. 8b zeigt den Fall, bei dem die beiden Laserstrahlen 3a, 3b gleichsinnig bewegt werden. Es versteht sich, dass auch andere Phasenbeziehungen zwischen den oszillierenden

Bewegungen der beiden Laserstrahlen 3a, 3b möglich sind. Fig. 9 zeigt schließlich den unterschiedlichen Drehsinn der oszillierenden Bewegung der beiden Laserstrahlen 3a, 3b bei der gegenläufigen Bewegung von Fig. 8a. Es versteht sich, dass bei der in Fig. 9 gewählten Darstellung die Laserstrahlen 3a, 3b wie in Fig. 8a, b dargestellt ist entlang einer gemeinsamen Linie oszillieren und dass lediglich zur Veranschaulichung des Drehsinns der oszillierenden Bewegung in Fig. 9 eine mäanderförmige Bewegung dargestellt ist. Es versteht sich ebenfalls, dass nicht zwingend eine feste Phasenbeziehung zwischen den oszillierenden Bewegungen der beiden Laserstrahlen 3a, 3b bestehen muss, sondern dass die

Oszillationsfrequenzen der beiden Laserstrahlen 3a, 3b ggf. unterschiedlich gewählt werden können.

Die Frequenz der oszillierenden Bewegung des mindestens einen Laserstrahls 3, 3a- c und somit die über eine Periodendauer gemittelte Geschwindigkeit vi in der ersten Richtung R1 (vgl. Fig. 6b), die zur Erzeugung des linienförmigen

Bestrahlungsbereichs 30 verwendet wird, ist deutlich größer als die

Vorschubgeschwindigkeit v2, d.h. die Geschwindigkeit in der zweiten Richtung R2. Typischer Weise ist die Geschwindigkeit vi der oszillierenden Bewegung mindestens zehn Mal so groß, bevorzugt mindestens zwanzig Mal so groß wie die

Vorschubgeschwindigkeit v2. Fig. 10 zeigt einen streifenförmigen Teilbereich T a einer Schicht eines

dreidimensionalen Bauteils, der mit Hilfe des Laserstrahls 3 der

Bearbeitungsmaschine 20 von Fig. 5 vollständig aufgeschmolzen wird. Der sich in Y- Richtung erstreckende streifenförmige Teilbereich Ta weist in X-Richtung eine Breite auf, die der Länge L des linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 entspricht, der von dem Laserstrahl 3 bei der oszillierenden Bewegung in X-Richtung erzeugt wird. Der Laserstrahl 3 wird in der ersten Richtung R1 , welche im gezeigten Beispiel der X- Richtung entspricht, in einer oszillierenden Bewegung über die (in Fig. 10 nicht dargestellte) Pulverschicht bewegt, wobei die Geschwindigkeit vi der oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung R1 konstant ist, d.h. die Geschwindigkeit vi in der ersten Richtung R1 ist unabhängig von der Position des Laserstrahls 3 in X- Richtung. In der zweiten Richtung R2 (Vorschubrichtung}, welche im gezeigten Beispiel der Y-Richtung entspricht, wird der Laserstrahl 3 ebenfalls mit konstanter Geschwindigkeit v2 bewegt, allerdings ohne hierbei eine oszillierende Bewegung auszuführen, so dass sich insgesamt die in Fig. 10 gezeigte zickzackförmige

Bahnkurve 31 einstellt.

Da jede Position in X-Richtung mit Ausnahme der Umkehrpunkte 33a,b der oszillierenden Bewegung von dem Laserstrahl 3 zwei Mal (oder öfter) mit der gleichen Geschwindigkeit vi (genauer gesagt mit dem gleichen Betrag der

Geschwindigkeit vi ) überstrichen wird, ergibt sich eine im Wesentlichen homogener Energieeintrag in der ersten Richtung R1 , d.h. der Energieeintrag ist von der Position des Laserstrahls 3 in der ersten Richtung R1 im Wesentlichen unabhängig. Da an den beiden Umkehrpunkten 33a, b der zickzackförmigen Bahnkurve 31 eine endliche Beschleunigung auftritt, verbleibt der Laserstrahl 3 länger als erwünscht an den Umkehrpunkten 33a, b, wodurch es am Rand des herzustellenden Teilbereichs T a zu einer unerwünschten erhöhten Aufheizung des Pulvermatehals kommt. Um dieses Problem zu lösen, hat es sich als günstig erwiesen, die Leistung Pu des Laserstrahls 3 an den beiden Umkehrpunkten 33a, b der kontinuierlichen

oszillierenden Bewegung gegenüber einer Leistung Pz des Laserstrahls 3 zwischen den beiden Umkehrpunkten 33a, b der kontinuierlichen oszillierenden Bewegung zu reduzieren, d.h. es gilt: Pu < Pz. Die Leistung Pz in den Umkehrpunkten 33a, b kann hierbei beispielsweise auf weniger als 40 %, auf weniger als 30 % oder auf weniger als 20 % der Leistung Pz zwischen den Umkehrpunkten 33a, b reduziert werden. Bei der Leistung Pz des Laserstrahls 3, die zwischen den Umkehrpunkten 33a, b eingestrahlt wird, kann es sich insbesondere um eine maximale Leistung handeln, die von der Strahlquelle 2 der Bearbeitungsmaschine 20 von Fig. 5 erzeugt werden kann.

Auch bei der in Fig. 10 gezeigten zickzackförmigen Bahnkurve 31 , bei der ein in X- Richtung im Wesentlichen homogener Energieeintrag erreicht wird, kann es zu einem in Y-Richtung inhomogenen Energieeintrag kommen, und zwar für den Fall, dass der Laserstrahl 3 ein im Vergleich zum Vorschub pro oszillierender Bewegung vergleichsweise schmales, zu den Rändern schnell abfallendes Strahlprofil aufweist, beispielsweise in Form eines Gaußförmigen Strahlprofils. In diesem Fall kann es insbesondere an in Fig. 10 als gestrichelte Dreiecke 34 dargestellten Bereichen, die an den Rändern des linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 zwischen benachbarten Umkehrpunkten 33a bzw. 33b in Y-Richtung gebildet sind, zu einem reduzierten Energieeintrag kommen, während der Energieeintrag in der Mitte des Teilbereichs T a wesentlich homogener ausfällt. Dies führt dazu, dass an den Umkehrpunkten 33a, b das Pulvermaterial weiter über die Schmelztemperatur erhitzt wird als notwendig, was zu einem unruhigen Herstellungsprozess führt. Dieses Problem kann durch eine höhere Oszillationsfrequenz der oszillierenden Bewegung in X-Richtung gelöst werden, die so auf die Vorschubgeschwindigkeit abgestimmt wird, dass jede Stelle innerhalb des linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 mindestens zwei Mal, bevorzugt mindestens drei Mal, von dem Laserstrahl 3 überstrichen wird. Die maximale Oszillationsfrequenz der oszillierenden Bewegung in X-Richtung ist jedoch durch die maximale Oszillationsfrequenz der Scannerspiegel 22a, b begrenzt.

Fig. 11a, b zeigen eine Möglichkeit, das Problem des inhomogenen Energieeintrags in Y-Richtung zu lösen, indem der kontinuierlichen oszillierenden Bewegung in der ersten Richtung R1 (X-Richtung) eine weitere kontinuierliche oszillierende Bewegung in der zweiten Richtung R2 (Y-Richtung) überlagert wird. Eine Überlagerung von zwei oszillierenden Bewegungen lässt sich mit Hilfe der beiden Scannerspiegel 22a, b auf besonders einfache Weise realisieren. Es versteht sich, dass zusätzlich zur oszillierenden Bewegung in der zweiten Richtung R2 (Y-Richtung) ein Vorschub mit einer konstanten Geschwindigkeit v2c in Y-Richtung erfolgt, d.h. die Geschwindigkeit v2 in der zweiten Richtung R2 weist einen konstanten Anteil v2c und einen

oszillierenden Anteil v2o auf (v2 = v2c + v2o). Der konstante Anteil v2c ist

erforderlich, um den linienförmigen Bestrahlungsbereich 30 in Y-Richtung über die Pulverschicht zu bewegen. Bei den in Fig. 11a,b gezeigten Beispielen entspricht die Oszillationsfrequenz fi der oszillierenden Bewegung in X-Richtung der

Oszillationsfrequenz h der oszillierenden Bewegung in Y-Richtung, was in

Kombination mit dem konstanten Anteil v2c der Geschwindigkeit v2 in Y-Richtung zu den in Fig. 11a,b gezeigten spiralförmigen Bahnkurven 31 führt. Die Amplitude Ai der oszillierenden Bewegung in X-Richtung entspricht hierbei der Hälfte der Länge L des linienförmigen Bestrahlungsbereichs 30 (L = 2 Ai). Die in Fig. 11 a,b gezeigten Bahnkurven 31 unterscheiden sich durch die unterschiedliche Amplitude A2 der oszillierenden Bewegung in Y-Richtung sowie durch eine jeweils unterschiedliche Ganghöhe h der spiralförmigen Bahnkurven 31 voneinander, die wiederum vom konstanten Anteil v2c der Geschwindigkeit v2 in Y- Richtung abhängig ist. Aufgrund der gleichen Oszillationsfrequenzen fi, fo weisen die beiden oszillierenden Bewegungen eine konstante Phasenverschiebung φ auf, die im gezeigten Beispie! bei 90° bzw. bei π / 2 liegt. Bei einer solchen Phasenverschiebung φ ist bei der minimalen Geschwindigkeit vi der oszillierenden Bewegung in X- Richtung, welche im Umkehrpunkt 33a, b erreicht wird, der oszillierende Anteil v2o der Geschwindigkeit v2 der weiteren oszillierenden Bewegung in Y-Richtung maximal. Auf diese Weise kann ein besonders homogener Energieeintrag in Y- Richtung in das Pulvermaterial erfolgen. Es versteht sich, dass bei der Darstellung von Fig. 10 der Abstand zwischen benachbarten Umkehrpunkten 33b in Y-Richtung und bei den Darstellungen in Fig. 11 a.b die Amplituden A2 der oszillierenden Bewegung in Y- Richtung zur

Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sind. In der Regel gilt für die Amplitude Ai der oszillierenden Bewegung in X-Richtung und die Amplitude A2 der

oszillierenden Bewegung in Y-Richtung folgende Beziehung: A2 / A1 > 1 : 3 und A2 / AK 1 : 10.

Die Bewegung des bzw. der Laserstrahlen 3, 3a-c zur Erzeugung des

dreidimensionalen Bauteils 21 bzw. zur Erzeugung einer jeweiligen Schicht bzw. eines Teilbereichs T a einer jeweiligen Schicht des Bauteils 21 wird von der

Steuerungseinrichtung 16 gesteuert. Die Steuerungseinrichtung 16 kann wie in Fig. 5 gezeigt ist innerhalb der Bestrahlungseinrichtung 1 angeordnet sein, es ist aber auch möglich, dass diese außerhalb der Bestrahlungseinrichtung 1 angeordnet ist und über eine kabellose oder kabelgebundene Verbindung mit der Scannereinrichtung 15 sowie mit weiteren Komponenten der Bestrahlungseinrichtung 1 bzw. der

Bearbeitungsmaschine 20 kommuniziert.