Verfahren zum Bereitstellen von Daten für eine adaptive Tem peraturregelung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereit stellen von Daten für eine, insbesondere adaptive, Tempera turregelung in der additiven Herstellung eines Bauteils, vor zugsweise der pulverbett-basierten Herstellung. Weiterhin werden eine Vorrichtung, ein Computerprogrammprodukt sowie ein Verfahren zur additiven Herstellung des Bauteils angege ben, welches die bereitgestellten Daten nutzt.

Das Bauteil ist vorzugsweise für den Einsatz in einer Strö mungsmaschine, vorzugsweise im Heißgaspfad einer Gasturbine vorgesehen. Das Bauteil besteht vorzugsweise aus einer Super legierung, insbesondere einer nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung. Die Legierung kann beispielsweise ausschei dungsgehärtet oder mischkristallgehärtet sein.

In Gasturbinen wird thermische Energie und/oder Strömungs energie eines durch Verbrennung eines Brennstoffs, z.B. eines Gases, erzeugten Heißgases in kinetische Energie (Rotationse nergie) eines Rotors umgewandelt. Dazu ist in der Gasturbine ein Strömungskanal ausgebildet, in dessen axialer Richtung der Rotor bzw. eine Welle gelagert ist.

Zweckmäßigerweise ragen die Turbinenschaufeln in den Strö mungskanal hinein. Wird der Strömungskanal von einem Heißgas durchströmt, werden die Laufschaufeln mit einer Kraft beauf schlagt, die in ein auf die Welle wirkendes Drehmoment umge wandelt wird, das den Turbinenrotor antreibt, wobei die Rota tionsenergie z.B. zum Betrieb eines Generators genutzt werden kann .

Moderne Gasturbinen sind Gegenstand stetiger Verbesserung, um ihre Effizienz zu steigern. Dies führt allerdings unter ande rem zu immer höheren Temperaturen im Heißgaspfad. Die metal- lischen Materialien für Laufschaufeln, insbesondere in den ersten Stufen, werden ständig hinsichtlich ihrer Festigkeit bei hohen Temperaturen (Kriechbelastung, thermomechanische Ermüdung) verbessert.

Die generative oder additive Fertigung wird aufgrund ihres für die Industrie disruptiven Potenzials zunehmend interes sant auch für die Serienherstellung der oben genannten Turbi nenkomponenten, wie beispielsweise Turbinenschaufeln oder Brennerkomponenten .

Additive Herstellungsverfahren umfassen beispielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laserschmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS) , oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) .

Ein Verfahren zum selektiven Laserschmelzen ist beispielswei se bekannt aus EP 2 601 006 Bl.

Additive Fertigungsverfahren (englisch: „additive manufac- turing") haben sich weiterhin als besonders vorteilhaft für komplexe oder kompliziert oder filigran designte Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Pro zessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungs- oder Ferti gungsschritt eines Bauteils fast ausschließlich auf Basis ei ner entsprechenden CAD-Datei und der Wahl entsprechender Fer tigungsparameter erfolgen kann.

Der vorliegend beschriebene Ausdruck „Computerprogrammpro dukt" kann z.B. ein Computerprogramm-Mittel darstellen oder umfassen, und beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form ei ner herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder umfasst werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen. Ein allgegenwärtiges Problem bei additiven Herstellungsver fahren für hochbelastete oder hochbelastbare Bauteile sind die strukturellen Eigenschaften bzw. Materialeigenschaften, welche konventionellen Fertigungstechniken häufig nachstehen. Um bessere Materialeigenschaften in der additiven Fertigung zu erreichen, kann zur besseren Steuerung des Aufheiz- und Abkühlverhaltens zusätzlich zum Laser eine weitere Heizquelle eingesetzt werden. Bei der Verarbeitung von Metallen, insbe sondere Superlegierungen, eignen sich hierfür Induktions heizsystem, die allerdings durch die ungleichmäßige Einbrin gung der Heizleistung zusätzlich eine mechanische Positionie rung der Induktionsspule (n) benötigen.

Die Heizleistung muss ebenfalls kontrolliert werden, da die Geometrie sehr starken Einfluss auf die Erwärmung bzw. die Einkoppeleffizienz oder Wirkung der Heizung hat. Für die Tem peraturregelung und/oder -erfassung kann eine Infrarotkamera eingesetzt werden, die das vollständige Baufeld (einer AM- Anlage) überblickt. Die Bildinformation kann über eine Kalib rierung in eine Temperatur umgerechnet und beispielsweise an der Position der Spulen ausgewertet werden. Möglicherweise wird dabei nur eine feste Position („region-of-interest" ) in nerhalb des Bildes ausgewertet, die mit der Spule dann im Bild verschoben werden kann. Diese Temperatur kann weiterhin an einen Regler oder eine Regeleinrichtung mit festen Parame tern übergeben werden. Nach einer Positionsverschiebung, bei spielsweise zur Erwärmung eines weiteren Bereichs einer auf gebauten oder aufzubauenden Schicht im Wege der Herstellung des Bauteils, erreicht die Spule typischerweise eine weitere (kalte) Stelle und regelt die Heizleistung erneut.

Das Bild der Infrarotkamera kann innerhalb der region-of- interest, also eines „Bereichs von Interesse" ausgewertet und so ein Ist-Wert für die Temperaturregelung erzeugt werden, auf den geregelt wird. Problematisch ist jedoch, dass die Induktion stark von der Geometrie des aufzuheizenden Metallteils oder einer gerade aufgebauten Schicht abhängt. Ein Strom oder Wirbelstrom fließt dabei bevorzugt in der bereits aufgebauten Struktur direkt unter der Heizeinrichtung oder Spule und benötigt ei nen geschlossenen elektrischen Kreis, um hohe Ströme und da mit ein gutes Erwärmungsergebnis zu erreichen. Dieser Kreis kann seitlich außerhalb des Einflussbereichs einer Erwär mungseinrichtung bzw. Spule, beispielsweise durch gegenüber liegenden Spulenteile oder über eine bereits aufgebaute

Struktur (Bauteil), geschlossen werden. Kommt es zu keinem geschlossenen Kreis, sinkt die Einkoppeleffizienz drastisch, zum Beispiel bei sehr kleinen Strukturen oder im losen Pul verbett. Wegen der kleinen Partikelgröße, üblicherweise im Bereich zwischen 10 und 100 ym im Durchmesser, wird das Pul ver selbst kaum erwärmt und die Erwärmung oder ihre Effizienz wird hauptsächlich durch die Geometrie einer vorherig aufge bauten Schicht bestimmt. Es ist daher erforderlich, die Ein koppeleffizienz oder Erwärmungseffizienz, insbesondere bei pulverbett-basierten additiven Verfahren für Hochleistungs komponenten zu verbessern.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, mit welchen die Effizienz der Erwärmung oder eine Verbesserung der Einkoppeleffizienz wie beschrieben erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Pa tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge genstand der abhängigen Patentansprüche.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Daten für eine Temperaturregelung in der additiven Herstellung eines Bauteils. Das Verfahren ist vorzugsweise Teil einer Regeloptimierung für eine Temperatur kontrolle oder ein Wärmemanagement in der pulverbett- basierten additiven Herstellung. Das Verfahren umfasst das Erfassen von Temperaturdaten bzw. Temperaturinformationen jeweils an verschiedenen oder (vor-) bestimmten Positionen („region of interest") einer additiv aufgebauten Schicht. Diese genannte Schicht kann eine von vielen hundert oder tausend Schichten bezeichnen, welche ad ditiv über Pulverbettprozesse nacheinander durch selektive Bestrahlung mit einem Laser- oder Energiestrahl aufgebaut werden .

Das Verfahren umfasst weiterhin das Bearbeiten der Schicht für das Bauteil mit einer, insbesondere beweglichen, Bearbei tungseinrichtung an den Positionen der Schicht, wobei Rege lungsdaten beispielsweise für oder umfassend einen Steuerpa rameter, zur Regelung der Bearbeitungseinrichtung positions abhängig erfasst werden.

Der Ausdruck „positionsabhängig" kann eine Ortsabhängigkeit, beispielsweise in XY-Koordinaten, auf der Schicht oder einer entsprechenden Herstellungsoberfläche bezeichnen.

Das Verfahren umfasst weiterhin das Erzeugen oder Bestimmen eines adaptierten oder optimierten Datensatzes aus den er fassten Daten, umfassend positionsabhängige adaptierte Rege lungsdaten. Das Erzeugen oder Bestimmen kann beispielsweise über eine manuelle, maschinelle oder automatisierte Reglerop timierung oder andere Mittel erfolgen.

Für die Regelung kann beispielsweise ein PID-Regler zum Ein satz kommen, welcher üblicherweise bei langsamer Annäherung an einen Sollwert schärfer und bei sogenannten „Überschwin gern" eher konservativer eingestellt werden kann.

Durch die Bereitstellung des adaptierten Datensatzes, insbe sondere der adaptierten Regelungsdaten kann mit Vorteil eine verbesserte Regelung, beispielsweise für eine nachfolgend aufzubauende Materialschicht erreicht werden. Besonders vor teilhaft ist dabei, dass, statt eines einzelnen Satzes von Regelparametern für beliebige Geometrieen zu verwenden (Stand der Technik) nun positionsabhängig und/oder individuelle Re gelparameter bereitgestellt und verwendet werden können, wel che die tatsächliche und genaue Geometrie der einzelnen

Schichten für das Bauteil berücksichtigen.

Gleichwohl kann die Gefahr einer Überhitzung durch Über schwinger in der Regelung oder im Temperaturverlauf vermieden werden. Ohne die vorgestellten Mittel wäre dies beispielswei se nur durch eine sehr konservative Einstellung oder Regelung und entsprechende Verlängerung der Aufbau- oder Prozesszeit möglich .

Weiterhin kann die Prozess- oder Aufbauzeit, welche den hauptsächlich effizienzlimitierenden Faktor für industrielle additive Fertigungsprozesse darstellt, auf ein Minimum redu ziert werden. Die adaptive Regelung, welche durch die modifi zierten oder adaptierten Daten oder Regelparameter ermöglicht wird, kann vorteilhafterweise bereits bei einzelnen Bauteilen oder beispielsweise bei dem ersten Bauteil einer Fertigungs serie ausgenutzt werden. Eine vorherige Berechnung oder auch nur eine vorherige Kenntnis der Geometrie des Bauteils ist nicht notwendig. Überdies kann das System unabhängig von der Lasersteuerung und dadurch wesentlich einfacher und robuster realisiert werden. Eine Wärmeleitung während des Prozesses als auch eine Einkoppeleffizienz, beispielsweise von elektri scher Leistung in das System können ebenfalls berücksichtigt werden .

In einer Ausgestaltung wird eine weitere, beispielsweise im Wege der Herstellung des Bauteils auf die oben genannte

Schicht folgende Schicht, gemäß dem adaptierten Regelungsda ten von der Bearbeitungseinrichtung (siehe unten) bearbeitet.

In einer Ausgestaltung bezeichnen die Regelungsdaten Daten bzw. Informationen oder Parameter eines oder für einen PID- Regler. Alternativ kann es sich bei den Regelungsdaten um entsprechende Informationen für einen PI-Regler oder einen PD Regler oder einen anderen Regler oder eine andere Regelungs einrichtung handeln.

In einer Ausgestaltung umfasst der adaptive Datensatz nur die adaptierten Regelungsdaten. Gemäß dieser Ausgestaltung können bereits die erfindungsgemäßen Vorteile genutzt und die Rege lung entsprechend verbessert werden. Gleichzeitig kann der Aufwand für die Generierung bzw. Bereitstellung des adaptier ten Datensatzes minimiert werden.

In einer Ausgestaltung umfasst der adaptive Datensatz zusätz lich zu den adaptierten Regelungsdaten Temperaturdaten und/oder beispielsweise weitere Daten oder Informationen. Ge mäß dieser Ausgestaltung, beispielsweise indem weitere Tempe raturdaten erhoben und verarbeitet werden oder die Geometrie des Bauteils schichtweise erneut berücksichtigt wird, kann die Genauigkeit und damit das Regelergebnis zusätzlich ver bessert werden.

In einer Ausgestaltung umfassen die Regelungsdaten einen Steuerparameter oder Regeln diesen, wobei der Steuerparameter geeignet ist - für die Bearbeitung der Schicht durch die Be arbeitungseinrichtung - eine Heizleistung zur Vorwärmung ei ner Schicht während des additiven Aufbaus des Bauteils zu steuern .

Der Ausdruck „während" im Zusammenhang mit der additiven Her stellung des Bauteils soll vorliegend bedeuten, dass bei spielsweise eine Schicht während der Herstellung des Bauteils insgesamt, jedoch (schichtweise) nach dem jeweiligen Verfes tigen der Schicht vorzugsweise von der Bearbeitungsvorrich tung bearbeitet wird.

In einer Ausgestaltung werden die zu erfassenden Regelungsda ten pro Position auf der Schicht über einen vorbestimmten zeitlichen Verlauf hinweg erfasst und/oder gespeichert. Ide alerweise werden die aktuellen Regelungsdaten oder - Informationen, beispielsweise für die Integration und Diffe rentiation des Reglers, mitgespeichert.

In einer Ausgestaltung wird der adaptierte Datensatz, insbe sondere die adaptierten Regelparameter oder Regelungsdaten mittels maschineller Optimierungsverfahren, beispielsweise umfassend künstliche neuronale Netze oder genetische bzw. evolutionäre Algorithmen, erzeugt.

In einer Ausgestaltung ist das Verfahren ein computerimple mentiertes Verfahren.

In einer Ausgestaltung ist das Verfahren ein rekursives Ver fahren, welches beispielsweise im Wege der (additiven) Her stellung des Bauteils für aufeinanderfolgende Schichten für das Bauteil erneut, wiederholt oder immer wieder angewendet wird. Gemäß dieser Ausgestaltung kann die Regelung und damit die Prozesseffizienz als auch das Wärmemanagement für das Bauteil zusätzlich verbessert werden.

In einer Ausgestaltung wird das Verfahren zur Vorwärmung von Schichten aus, insbesondere nickel- oder kobaltbasierten, Su perlegierungen während der Herstellung von Hochleistungsbau teilen, insbesondere Heißgasturbinenteilen, verwendet.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung betrifft eine Vorrichtung oder ein System zum Steuern einer, zweckmäßiger weise beweglichen, Bearbeitungseinrichtung, insbesondere ei ner induktiven Heizeinrichtung, umfassend Mittel zur Ausfüh rung des beschriebenen Verfahrens. Bei diesen Mitteln kann es sich um ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt, ein Datenstrukturprodukt oder entsprechende andere Computer programm-Mittel handeln.

Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Temperaturerfassungs einrichtung, einen Computer oder eine Datenverarbeitungsein richtung und eine Regelungseinrichtung, vorzugsweise einen PID-Regler . In einer Ausgestaltung umfasst die Temperaturerfassungsein richtung eine Infrarotkamera . Gemäß dieser Ausgestaltung kön nen besonders einfach und zweckmäßig ein Temperaturbild einer additiv aufgebauten Schicht ermittelt und Temperaturdaten be sonders einfach und schnell erfasst werden.

In einer Ausgestaltung umfasst die Bearbeitungseinrichtung eine induktive Heizeinrichtung.

In einer Ausgestaltung ist die Bearbeitungseinrichtung eine induktive Heizeinrichtung.

In einer Ausgestaltung ist die Vorrichtung derart eingerich tet, dass die Temperaturerfassungseinrichtung, der Computer, die Regelungseinrichtung und eine an die Vorrichtung gekop pelte induktive Heizeinrichtung zusammen mit einer Struktur mindestens einer, beispielsweise zuvor, bereits aufgebauten Schicht des Bauteils ein Messsystem bzw. eine Regelkette bil den. Über dieses Messsystem, welches also einen Teil des Bau teils mit einbezieht, kann vorteilhafterweise die Effizienz, mit der beispielsweise von der Bearbeitungseinrichtung Ener gie in das Messsystem eingebracht und so das Bauteil erwärmt wird (Einkoppeleffizienz) berücksichtigt, kontrolliert und/oder verbessert werden. Mit anderen Worten kann die Wir kung der Bearbeitungseinrichtung, insbesondere Heizeinrich tung, auf die Struktur des Bauteils verbessert werden.

Für den Fall, dass in der aktuell aufzubauenden Schicht nur eine kleine Querschnittsfläche einer Struktur aufzubauen ist, ist die Möglichkeit, Wärme in das Bauteil einzubringen und auch wieder abzuleiten dadurch begrenzt, dass pulverförmiges Basismaterial für das Bauteil thermisch quasi-isolierend ist. Durch das bereitgestellte Messsystem kann insbesondere eine schnelle, stabile und/oder genaue Regelung der Temperatur des Bauteils und eine entsprechend wirkungsvolle (induktive) Er wärmung des Bauteils ermöglicht werden. In einer Ausgestaltung ist die Vorrichtung Teil einer additi ven Herstellungsanlage, insbesondere eine Anlage zur pulver- bett-basierten additiven Fertigung.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, welche bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veran lassen, den adaptierten Datensatz, wie oben beschrieben, zu erzeugen. Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise entsprechende Computerprogramm-Mittel umfassen, welche erfor derlich sind, um den adaptierten Datensatz entsprechend zu erzeugen oder bereitzustellen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem das oben genannte Computer programm bzw. Computerprogrammprodukt gespeichert ist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung des Bauteils, umfassend den schichtweisen additiven Aufbau des Bauteils aus einem Pulver oder pulverförmigen Basismaterial, wobei nach dem oder während des Verfestigen ( s ) bzw. des Aufbaus einer Pulver schicht mittels eines Energiestrahls, insbesondere eines La sers, diese Schicht anhand des wie oben beschrieben bereitge stellten adaptierten Datensatzes oder entsprechender Regel oder Steuerparameter mittels der Bearbeitungseinrichtung be arbeitet wird. Die verbesserten Regelparameter des adaptier ten Datensatzes können also direkten Einfluss auf das nach folgende Fertigungsverfahren haben, da anhand der adaptierten Daten die Wärmebearbeitung des Bauteils entscheidend verbes sert und damit ebenfalls verbesserte Material oder Struktur eigenschaften erzielt werden können.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bauteil, welches gemäß dem Verfahren zur additiven Herstel lung hergestellt oder herstellbar ist. Das Bauteil umfasst, beispielsweise im Gegensatz zu einem konventionell herge stellten Bauteil des Standes der Technik oder einem additiv hergestellten Bauteil des Standes der Technik eine weitgehend rissfreie und/oder spannungsarme, insbesondere einkristalline und/oder stängelkristalline, Mikrostruktur.

Die vorliegend beschriebenen Mittel sind vorzugsweise geeig net, um eine Bearbeitung oder Vorwärmung des Bauteils oder einer nachfolgend herzustellenden Bauteilschicht auf eine Temperatur von über 1000 °C zu erwärmen.

Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorlie gend auf das Verfahren zum Bereitstellen von Daten, das Com puterprogrammprodukt oder die Vorrichtung beziehen, können - wie dargelegt - ferner den additiven Herstellungsprozess oder das Bauteil selbst betreffen, oder umgekehrt.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von

Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Alle bisher und im Folgenden

beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander vorteilhaft. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen.

Der hier verwendete Ausdruck „und/oder", wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird,

bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Bau teils während seiner additiven Herstellung. Figur 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Bauteil querschnitt, welcher mit einer Bearbeitungseinrich tung bearbeitet wird.

Figur 3 deutet anhand einer schematischen Aufsicht auf eine verfestigte Bauteilschicht eine Abfolge von mehre ren Bearbeitungsschritten an.

Figur 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm, welches Ver fahrensschritte des beschriebenen Verfahrens andeu tet .

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszei chen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Grö ßenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständ nis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein .

Figur 1 deutet anhand einer schematischen Schnittansicht die additive Herstellung eines Bauteils 10 aus einem Pulverbett an, vorzugsweise durch selektives Laserschmelzen oder Elekt ronenstrahlschmelzen. Eine entsprechende additive Herstel lungsanlage ist mit dem Bezugszeichen 200 gekennzeichnet.

Ein Ausgangsmaterial P für das Bauteil 10 wird dabei schicht weise selektiv von einem Energiestrahl, vorzugsweise einem Laserstrahl 105, gemäß der gewünschten (vorbestimmten) Geo metrie bestrahlt. Das Bauteil wird dazu auf einem Substrat oder einer Bauplattform 12 hergestellt bzw. mit dieser ver schweißt .

Die Plattform dient dabei während der Herstellung gleichzei tig als mechanische Stütze, um das Bauteil vor thermischem Verzug zu bewahren. Nach der Verfestigung einer jeden

Schicht, wird eine Herstellungsoberfläche (nicht explizit ge- kennzeichnet) vorzugsweise von einem Beschichter 11 neu mit Pulver P beschichtet, und das Bauteil so weiter aufgebaut. Lediglich exemplarisch sind in Figur 1 gestrichelt Schichten 1 und 2 angedeutet, deren Schichtdicken bei derartigen Pro zessen üblicherweise zwischen 20 und 80 ym beträgt.

Bei dem Bauteil 10 handelt es sich vorzugsweise um ein Bau teil, welches im Heißgaspfad einer Strömungsmaschine, bei spielsweise einer Gasturbine eingesetzt wird. Insbesondere kann das Bauteil eine Lauf- oder Leitschaufel , ein Segment oder Ringsegment, ein Brennerteil oder eine Brennerspitze, eine Zarge, eine Schirmung, ein Hitzeschild, eine Düse, Dich tung, einen Filter, eine Mündung oder Lanze, einen Resonator, Stempel oder einen Wirbler bezeichnen, oder einen entspre chenden Übergang, Einsatz, oder ein entsprechendes Nachrüst teil. Demgemäß handelt es sich bei dem Bauteil 10 vorzugswei se um ein in seinem bestimmungsgemäßen Betrieb thermisch und/oder mechanisch hochbelastetes Bauteil aus einer, bei spielsweise kobalt- oder nickelbasierten, Superlegierung.

Eine Bearbeitungseinrichtung 20 ist ebenfalls an der rechten Seite einer Herstellungsoberfläche (rechts im Bild) angedeu tet. Mittels der Bearbeitungseinrichtung kann eine neue auf gebrachte Pulverlage oder eine frisch verfestigte oder be strahlte Bauteilschicht zweckmäßigerweise vor- und/oder nach behandelt werden. Diese Bearbeitung ist insbesondere vorteil haft bzw. zweckmäßig, um eine vorteilhafte oder erforderliche Wärmebehandlung (Wärmemanagement) der entsprechenden Bauteile durchzuführen, vorzugsweise in-situ während des Aufbaus.

Die großen prozessinhärenten Temperaturgradienten übersteigen bei pulverbettbasierten Prozessen häufig 10 ⁵ K/s und verursa chen demgemäß hohe chemische Ungleichgewichtszustände, Risse und/oder mechanische Spannungen. Daher ist es zweckmäßig, beispielsweise eine neu aufgebrachte Pulverschicht (verglei che Bezugszeichen 2) oder eine bereits verfestigte Bauteil schicht (vergleiche Bezugszeichen 1) mit einer Bearbeitungs- einrichtung (vergleiche Bezugszeichen 20) thermisch zu behan deln .

Die vorliegend beschriebenen Mittel für die Bearbeitung bzw. die Bearbeitungseinrichtung 20 sind vorzugsweise geeignet, eine Bearbeitung oder Vorwärmung des Bauteils oder einer nachfolgend herzustellenden Bauteilschicht auf eine Tempera tur von über 1000 °C zu erwärmen.

Figur 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine frisch mit dem Energiestrahl 105 bestrahlte und verfestigte Schicht 1. Wie in Figur 1 ist hier ein Beschichter 11 oder eine Be schichtungseinrichtung zu erkennen, welche eingerichtet ist, für eine nachfolgend zu bestrahlende Schicht (vergleiche Be zugszeichen 2 in Figur 1) neues Pulver P aufzutragen.

Gemäß der Darstellung der Figur 2 ist der Querschnitt des Bauteils 10 lediglich der Übersichtlichkeit halber rechteck förmig dargestellt. Bei Bauteilen, bei denen sich eine addi tive Fertigung anbietet bzw. lohnt, ist dies natürlich häufig nicht der Fall und der Bauteilquerschnitt kann eine kompli zierte, beispielsweise nicht geschlossene, oder Hohlräume aufweisende Geometrie haben.

Im Unterschied zur Figur 1 ist, gemäß der vorliegenden Erfin dung, eine Bearbeitungseinrichtung 20 zu erkennen, welche vorzugsweise eine induktive Heizeinrichtung umfasst oder dar stellt. Alternativ kann die Bearbeitungseinrichtung bei spielsweise durch ein anderes Prinzip Wärme in einem Bauteil schicht einbringen.

Eine konventionelle additive Herstellungsanlage (vergleiche Bezugszeichen 200 in Figur 1) umfasst vorzugsweise eine Tem peraturerfassungseinrichtung 101, vorzugsweise eine Infrarot kamera, über welche vorzugsweise pro bestrahlter Schicht ein vollständiges Temperaturbild der Schicht bzw. der Herstel lungsoberfläche aufgenommen werden kann. Eine Bildinformation aus dem Temperaturbild kann beispielsweise über eine Kalib- rierung in eine Temperatur umgerechnet und an entsprechenden Positionen der späteren Bearbeitung (vergleiche Figur 3 wei ter unten) ausgewertet werden.

Über einen Computer 102 oder eine Datenverarbeitungseinrich tung und vorzugsweise weiterhin eine Regelungseinrichtung 103 können erfasste Temperaturdaten, vorzugsweise die genannte Temperatur oder das Wärmebild der Schicht 1, gespeichert und an die Bearbeitungseinrichtung 20 übergeben oder diese ent sprechend angesteuert werden.

Eine Vorrichtung 100 kann demgemäß eingerichtet sein, die Be arbeitungseinrichtung 20 zu steuern und weiterhin die genann ten Computerprogramm-Mittel (vergleiche Bezugszeichen CPP weiter unten), die Temperaturerfassungseinrichtung 101, den Computer 102 und beispielsweise die Regelungseinrichtung 103 umfassen. Demgemäß kann die Vorrichtung 100 mit der Bearbei tungseinrichtung 20 gekoppelt oder verschaltet sein.

Die Bearbeitungseinrichtung 20 weist in der in Figur 2 ge zeigten Ausführungsform eine induktive Heizeinrichtung bzw. eine Induktionsspule 104 auf. Obwohl dies nicht explizit dar gestellt ist, kann die Einrichtung 20 auch eine Mehrzahl von Induktionsspulen aufweisen, beispielsweise eine entlang der X-Richtung verschiebbar oder beweglich angeordnete Spule und eine entlang der Y-Richtung verschiebbar oder beweglich ange ordnete Spule. Die genannten Spulen können auch derart über lagert werden, dass nur in einem ausgewählten Bereich (vgl. englisch „region-of-interest" und Bezugszeichen ROI) eine ge wünschte oder vordefinierte Erwärmung, beispielsweise eine Erwärmung von über 1000 °C erzielt werden kann. Der Einfach heit halber ist in Figur 2 nur eine Spule 104 gekennzeichnet, welche einen auszuwählenden Bereich ROI in vordefinierter Art erwärmen kann. Die Spule 104 ist entlang der X-Richtung be weglich und verfahrbar angeordnet. Auf gleiche Art könnte ei ne ähnliche Spule entlang der Y-Richtung beweglich und derart angeordnet sein, so dass der ausgewählte Bereich ROI zweckmä ßig erwärmt werden kann. Die Bearbeitungseinrichtung 20 ist ferner vorzugsweise einge richtet, durch ihre Beweglichkeit über beliebige Positionen über dem Pulverbett bzw. der Schichtoberfläche, dass sowohl eine bereits verfestigte Bauteilschicht (vergleiche Schicht 1) als auch eine Schicht neu aufgetragenen Pulvermaterials (vergleiche Schicht 2) erwärmt werden kann. Im Gegensatz zur festen Bauteilstruktur ist jedoch eine Erwärmung des Pulvers (vgl. links in Figur 2) vernachlässigbar und die Heizleistung wird von den unten liegenden, bereits verfestigten Schichten dominiert oder aufgenommen. Diese Schichten sind beim SLM- Verfahren in der Regel deutlich dünner als die Eindringtiefe des Induktionsfeldes bzw. des die Wirbelströme induzierenden magnetischen Flusses der Spule (n) 104.

Die Vorrichtung 100 ist vorzugsweise weiterhin derart einge richtet, dass die Temperaturerfassungseinrichtung 101, der Computer 102, die Regelungseinrichtung 103 und eine an die Vorrichtung 100 gekoppelte induktive Heizeinrichtung 20, 104 zusammen mit einer Struktur mindestens einer aufgebauten Schicht 1 des Bauteils 10 ein Messsystem S oder eine

entsprechende Regelkette bilden. Dieses System bzw. diese Regelkette besteht aus der Temperaturerfassungseinrichtung 101, dem Computer 102 sowie den genannten Computerprogramm mitteln, der Einrichtung 20 bzw. der Induktionsspule 104 und der Struktur des Bauteils 10 selbst, oder umfasst diese

Komponenten .

Das Messsystem S übergibt beispielsweise mit jedem

aufgezeichneten Kamera- oder Temperaturbild eine Ist- Temperatur pro ausgewähltem Bereich ROI an die

Regelungseinrichtung 103, welche beispielsweise einen PID Regler umfasst.

Das Bauteil 1, 10 selbst bzw. die aktuell zu heizende oder vorzuheizende Stelle kann die Regelung dabei auf zwei Weisen beeinflussen: Zum einen kann sich die Einkoppeleffizienz und damit die Wirkung der Induktionsheizung auf das Bauteil 10 ändern. Zum anderen kann die begrenzte Wärmeleitung zu einer Verzögerung zwischen Heizung und Temperaturänderung führen. Beide Größen oder Werte sind stark von der tatsächlichen Geometrie abhängig und dem Regelsystem normalerweise

unbekannt. Selbst bei genau bekannter Geometrie können die Werte nur durch vollständige Simulation des elektrischen und thermischen Verhaltens ermittelt werden, das die

beschriebenen Phänomene hinreichend beschreibt.

Die vorliegende Erfindung schlägt nun Mittel vor, das

Regelsystem dahingehend zu optimieren und zu verbessern, dass auf die genannten Simulationen verzichtet werden kann und adaptierte Daten beziehungsweise Regelparameter aus dem

System selbst abzuleiten (vergleiche Figuren 3 und 4 weiter unten) .

Figur 3 zeigt anhand einer zur Darstellung der Figur 2 ähnli chen Darstellung eine Abfolge von Bearbeitungsschritten, an hand derer eine verfestigte Bauteilschicht 1, vorzugsweise unmittelbar, nach einer Verfestigung mittels der beschriebe nen Bearbeitungseinrichtung 20 bearbeitet, vorzugsweise in duktiv erwärmt wird.

Eine beispielsweise auf die Legierung des Bauteils maßge schneiderte Wärmebehandlung kann beispielsweise erforderlich oder vorteilhaft sein, um Spannungen im Bauteil zu lösen, Heißrisse zu vermeiden oder zu verhindern oder auch, um große prozessinhärente Temperaturgradienten zu verhindern, welche ihrerseits entstehende Risse, chemische Ungleichgewichte oder grundsätzlich eine Schweißbarkeit des Basismaterials unter binden .

Bei den entsprechenden Bearbeitungsbereichen (vergleiche ROI an den Positionen PI, P2 und P3 in Figur 3) kann es sich bei spielsweise um diejenigen Positionen handeln, welche auch ge mäß einer Bestrahlungsstrategie nacheinander bestrahlt wer den. Alternativ kann es sich um besonders ausgewählte Berei che handeln, beispielsweise Regionen in der Schicht, welche besonders anfällig für Strukturdefekte oder sonstige, bei spielsweise festigkeitsrelevante, Faktoren sind. Die Positio nen können weiterhin - anders als in Figur 3 dargestellt - kontinuierlich oder stetig ineinander übergehen.

Typischerweise wird die Spule 104 bzw. die Bearbeitungsein richtung 20 nach der Bearbeitung einer ersten Position PI an eine folgende zweite Position P2 oder dritte Position P3 ge fahren, welche dann eine noch nicht erwärmt oder kalte Stelle anzeigt, und beispielsweise in einer entsprechenden ROI der Position bearbeitet werden kann. Statt, wie in Figur 3 ge kennzeichnet, drei Positionen und ROI können in der Realität pro Schicht beispielsweise mehrere hundert Positionen ange fahren und bearbeitet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Temperaturdaten, wie oben beschrieben, an verschiedenen Positionen der additiv aufgebauten Schicht 1 gespeichert und/oder erfasst (verglei che Verfahrensschritt a) weiter unten) . Weiterhin werden er findungsgemäß während des Bearbeitens der Schicht, beispiels weise entlang der Positionen PI bis P3, Regelungsdaten, bei spielsweise umfassend Steuerparameter für die Bearbeitungs einrichtung, positionsabhängig und pro Position (PI bis P3) gespeichert und/oder erfasst (vergleiche Verfahrensschritte b) in Figur 4 weiter unten) . Weiterhin wird gemäß dem be schriebenen Verfahren (vergleiche Verfahrensschritte c) in Figur 4 weiter unten) ein adaptierter oder optimierter Daten satz D' aus den erfassten Daten, umfassend positionsabhängig adaptierte Regelungsdaten R' (siehe unten) erzeugt bzw. be- reitgestellt .

Gemäß dem beschriebenen Verfahren können in dem adaptierten Datensatz beispielsweise nur die adaptierten Regelungsdaten, beispielsweise Regelungsdaten sowie einen Steuerparameter für einen PID-Regler als Regelungseinrichtung 103, oder zusätz lich zu den adaptierten Regelungsdaten Temperaturdaten ge zählt werden. Im Rahmen des beschriebenen Verfahrens können die zu erfas senden Regelungstaten beispielsweise pro Position auf der Schicht wieder über einen vorbestimmten zeitlichen Verlauf (nicht explizit in den Figuren gekennzeichnet) hinweg erfasst und/oder gespeichert werden. Idealerweise werden die aktuel len internen Werte für die Integration und Differentiation (im Falle eines PID-Reglers) mitgespeichert.

Es ist im Rahmen der beschriebenen Erfindung vorgesehen, dass der adaptierte Datensatz beispielsweise mittels maschineller Optimierungsverfahren, beispielsweise darstellend oder umfas send künstliche neuronale Netze oder genetische bzw. evoluti onäre Algorithmen, umfasst. Alternativ können andere Optimie rungsverfahren zur Bereitstellung des adaptierten Datensatzes herangezogen werden.

Das beschriebene Verfahren, insbesondere das Bereitstellen des adaptierten Datensatzes, kann weiterhin ein rekursives Verfahren sein, beispielsweise ein Verfahren, welches im Wege der additiven Herstellung des Bauteils 10 für aufeinanderfol gende Schichten erneut oder iterativ angewendet wird, bei spielsweise um pro Schicht zu immer besseren adaptierten Wer ten für die Regelparameter zu kommen, und so die Temperatur regelung und die Prozesseffizienz immer weiter zu optimieren.

In einer einfachen Ausführung ist die Aufzeichnung der Werte für eine vollständige Schicht bzw. das vollständige Bauteil nicht notwendig. Die neuen oder adaptierten Parameter für die letzte bearbeitete Position werden dann direkt nach der Auf heizung bestimmt und nur die PID-Werte (Regelungsparameter) für die nächste Schicht, beispielsweise Schicht 2, gespei chert .

Bei Kleinserien oder auch bei großen Losen kann es beispiels weise in der industrialisierten additiven Fertigung vorteil haft sein, die ermittelten Parameter vollständig für alle Schichten zu speichern. Da die ermittelten Parameter ja ei gentlich für die aktuelle Schicht gelten und nicht für die darauffolgende, können die korrekten Werte ab dem zweiten Bauteil beispielsweise bereits in der aktuellen Schicht ver wendet werden.

Figur 4 fasst anhand eines schematischen Flussdiagramms er findungsgemäße Verfahrensschritte zusammen und deutet an, dass es sich bei dem beschriebenen Verfahren um ein computer implementiertes Verfahren handelt, beispielsweise ein Verfah ren, bei dem ein Computerprogrammprodukt oder ein entspre chendes Computerprogramm den adaptierten Datensatz erzeugt.

Das Verfahren ist ein Verfahren zum Bereitstellen von Daten D für eine Temperaturregelung in der additiven Herstellung des Bauteils 10. Das Verfahren umfasst, a) , das Erfassen von Tem peraturdaten T jeweils an verschiedenen Positionen PI, P2 ei ner additiv aufgebauten Schicht 1.

Bei den erfassten Daten D kann es sich beispielsweise um ini tiale Regelungsdaten R, einen Steuerparameter SP Temperatur daten T bzw. -informationen des erfassten Temperaturbildes (siehe oben) handeln.

Das Verfahren umfasst weiterhin, b) , das Bearbeiten der

Schicht 1 für das Bauteil 10 mit einer Bearbeitungseinrich tung 20 an den Positionen P der Schicht 1, wobei Regelungsda ten R zur Regelung der Bearbeitungseinrichtung positionsab hängig erfasst werden.

Das Verfahren umfasst weiterhin, c) , das Erzeugen eines adap tierten Datensatzes D' aus den erfassten Daten. Der adaptier te Datensatz kann beispielsweise zusätzlich zu den positions abhängigen adaptierten Regelungsdaten R' Temperaturdaten T oder beispielsweise einen Steuerparameter SP zum Ansteuern oder Regeln der Bearbeitungseinrichtung 20, umfassen. Insbe sondere dieser Verfahrensschritt kann durch ein Computerpro gramm oder ein entsprechendes Computerprogrammprodukt CPP im plementiert durchgeführt werden. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombi nation selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.