Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Steuerung eines Fertigungsprozesses zur additiven Fertigung eines Bauteils in einer Vorrichtung, wobei auf einem Baufeld Aufbaumaterial schichtweise, insbesondere jeweils zwischen dem Aufbringen zweier Materialschichten von Aufbaumaterial, durch eine, insbesondere selektive, Verfestigung von Aufbaumaterial mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahl aufgebaut wird.

Bei der Herstellung von Prototypen und inzwischen auch in der Serienfertigung werden additive Fertigungsprozesse immer relevanter. Im Allgemeinen sind unter „additiven Fertigungsprozessen“ solche Fertigungsprozesse zu verstehen, bei denen in der Regel auf Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten durch das Ablagern von Material (dem „Aufbaumaterial“) ein Fertigungsprodukt („Bauteil“) aufgebaut wird. Der Aufbau erfolgt dabei meist, aber nicht zwingend, schichtweise. Als ein Synonym für die additive Fertigung wird häufig auch der Begriff „3D-Druck“ verwendet, die Herstellung von Modellen, Mustern und Prototypen mit additiven Fertigungsprozessen wird oft als „Rapid Prototyping“, die Herstellung von Werkzeugen als „Rapid Tooling“ und die flexible Herstellung von Serienbauteilen wird als “Rapid Manufacturing” bezeichnet. Wie eingangs erwähnt, ist ein Kernpunkt die selektive Verfestigung des Aufbaumaterials, wobei diese Verfestigung bei vielen Fertigungsprozessen mit Hilfe einer Bestrahlung mit Strahlungsenergie, z. B. elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Licht- und/oder Wärmestrahlung, aber ggf. auch mit Teilchenstrahlung wie z. B. Elektronenstrahlung erfolgen kann. Beispiele für mit einer Bestrahlung arbeitende Verfahren sind das „selektive Lasersintern“ oder „selektive Laserschmelzen“. Dabei werden wiederholt dünne Schichten eines meist pulverförmigen Aufbaumaterials übereinander aufgebracht und in jeder Schicht wird das Aufbaumaterial durch räumlich begrenztes Bestrahlen der Stellen, die nach der Fertigung zum herzustellenden Bauteil gehören sollen, in einem „Schweißprozess“ selektiv verfestigt, indem die Pulverkörner des Aufbaumaterials mit Hilfe der durch die Strahlung an dieser Stelle lokal eingebrachten Energie teilweise oder vollständig aufgeschmolzen werden. Während einer Abkühlung verfestigen diese Pulverkörner dann miteinander zu einem Festkörper. Meist wird dabei der Energiestrahl entlang von Verfestigungsbahnen über das Baufeld geführt und das Umschmelzen bzw. Verfestigen des Materials in der jeweiligen Schicht erfolgt entsprechend in Form von „Schweißbahnen“ oder „Schweißraupen“, so dass letztlich im Bauteil eine Vielzahl solcher aus Schweißbahnen gebildeter Schichten vorliegt. Auf diese Weise können inzwischen Bauteile mit sehr hoher Qualität und Bruchfestigkeit hergestellt werden.

Der Fertigungsprozess findet häufig in einer Schutzgasatmosphäre statt. Dazu strömt ein Prozessgas, z.B. Argon, durch die Prozesskammer. In der Regel wird das Prozessgas danach nicht in die Umwelt entlassen, sondern erneut der Prozesskammer zugeführt. Insbesondere bei der additiven Fertigung mit metallischem Aufbaumaterial wird das Prozessgas innerhalb dieses Gaskreislaufs mit Partikeln verunreinigt. Dies können Partikel des Aufbaumaterials sein, aber auch Partikel, die bei dem Verfestigungsprozess entstehen. Des Weiteren kann es sein, dass zusätzliche Partikel in den Prozessgasstrom eingebracht werden, z.B. ein Passivierungsmittel wie etwa Kalk, welches bei einem metallischen Aufbaumaterial aus Brandschutzgründen dem aus der Prozesskammer ausströmenden Prozessgas zugegeben werden kann.

Zur Reinigung des Prozessgases wird dieses in der Regel gefiltert. Jedoch kann es trotzdem geschehen, z.B. durch einen Filterbruch, dass das in die Prozesskammer ein- bzw. rückgeleitete Prozessgas mit Partikeln verunreinigt ist, was zu einer Verringerung der Qualität der gefertigten Bauteile führt. Generell kann eine Durchlässigkeit an der Filterstufe große Nachteile bei der Qualität der gefertigten Bauteile, aber auch Maschinenschäden nach sich ziehen, insbesondere, weil sie durchaus lange unentdeckt bleiben kann.

Um die Gefahr von Verunreinigungen durch Filterdurchbrüche zu verringern, erfolgt eine Filterung von Prozessgas z.B. durch ein zweistufiges Filtersystem. Filterdurchbrüche am Hauptfilter (bzw. Vorfilter) können mit Hilfe eines nachgeordneten Feinfilters (oftmals ein nicht abreinigbarer Speicherfilter) kompensiert und indirekt detektiert werden, da dieser sich im Fall eines Durchbruchs relativ rasch zusetzt, was zu erhöhtem Differenzdruck am Filter führt, den ein Differenzdrucksensor detektieren kann oder wodurch ein Druckschalter betätigt werden kann, was wiederum zum Abbruch der Fertigung führen kann. Im störungsfreien Betrieb lässt die erste Filterstufe einen kleinen Anteil an Partikeln durch. Der Feinfilter reduziert diesen Anteil beispielsweise auf ein Minimum an Feinstanteil (Kondensat), das auf die Reingasseite des Prozessgaskreislaufs gelangt.

Bei einer anderen häufig verwendeten Filtereinheit erfolgt zunächst eine Vermischung des Filtrats mit Kalkpulver knapp stromaufwärts des Filters, wobei auf einen nachgeordneten Fein- bzw. Speicherfilter verzichtet wird. Damit entsteht das Problem, dass bei einer Durchlässigkeit des Filters unbemerkt auch Kalk auf die Reingasseite des Prozessgaskreislaufs gelangen kann und im laufenden Bauprozess in die Prozesskammer eingeführt wird. Der Kalk kann sich als Staub auf dem Pulverbett bzw. auf den verfestigten Bereichen absetzen und in das Gefüge eines Bauteils integriert werden. Dadurch können Bauteileigenschaften wie etwa dessen Festigkeit beeinträchtigt werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie ein System zur Steuerung eines Fertigungsprozesses zur additiven Fertigung eines Bauteils anzugeben, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet und insbesondere eine automatische Detektion von Filterdurchbrüchen erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, ein System gemäß Patentanspruch 10 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 13 gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Steuerung eines Fertigungsprozesses zur additiven Fertigung eines Bauteils in einer Vorrichtung, wobei auf einem Baufeld in einem Prozessraum Aufbaumaterial mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahl verfestigt wird und wobei ein mit Verunreinigungen beladenes Prozessgas durch eine Gasleitung aus dem Prozessraum abgeführt, gefiltert und wieder in den Prozessraum zurückgeführt wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Erfassung einer Anzahl von Messwerten mittels einer Kontaminations-Messeinheit, wobei jeder Messwert einen Rückschluss auf einen bei der Erfassung herrschenden Grad der Verunreinigung des durch die Gasleitung strömenden Prozessgases zulässt,

- Auswertung der Anzahl von Messwerten,

- Steuerung der Vorrichtung und/oder eines mit dem Fertigungsprozess datentechnisch verbundenen Ausgabegeräts in Abhängigkeit von der Auswertung der Anzahl von Messwerten.

Wie bereits angedeutet wurde, wird in einem Fertigungsprozess in einem Baufeld Aufbaumaterial schichtweise, d.h. nacheinander in mehreren Materialauftragsebenen bzw. Materialschichten, aufgebaut. Bei dem Aufbaumaterial handelt es sich bevorzugt um ein Metallpulver. Die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt, sondern kann auch mit anderen, vorzugsweise pulverförmigen, Aufbaumaterialien eingesetzt werden, wie z.B. Kunststoffen oder Keramik oder Mischungen der verschiedenen Materialien. Dabei wird, insbesondere jeweils zwischen dem Aufbringen zweier Materialschichten, Aufbaumaterial (insbesondere selektiv) verfestigt, indem eine Bestrahlung des Aufbaumaterials mit zumindest einem von einer Bestrahlungseinheit der Fertigungsvorrichtung erzeugten Energiestrahl erfolgt (damit ist ein energetischer Strahl aus Photonen oder Partikeln, z.B. ein Lichtstrahl oder ein Elektronenstrahl gemeint). Dabei wird nicht nur das Aufbaumaterial in der obersten, frisch aufgebrachten Materialschicht von dem Energiestrahl erfasst und auf- bzw. umgeschmolzen, sondern der Energiestrahl geht üblicherweise ein Stück tiefer in das Materialbett hinein und erreicht auch darunterliegendes, bereits umgeschmolzenes Material aus zuvor aufgetragenen Materialschichten.

Mit „Verunreinigung“ sind im Grunde jegliche feste oder flüssige Partikel gemeint, welche das Prozessgas verunreinigen. Darunter fallen insbesondere Austragsmaterialien oder andere Verunreinigungen aus der Prozesskammer, jedoch können auch Verunreinigungen darunterfallen, die stromabwärts der Prozesskammer entstehen, insbesondere basierend auf zugegebenen Passiviermitteln. Beispielsweise können als Verunreinigungen Rauchpartikel oder Partikel des Aufbaumaterials (Austragsmaterial) oder Kalk (Passivierungsmittel) verstanden werden oder Mischungen dieser Partikel.

Mit dem Grad der Verunreinigung ist die Menge an Verunreinigungen im Prozessgas gemeint. Dieser Grad kann allgemein mit einem Anteil an Partikeln bzw. „Verunreinigungselementen“ angegeben werden, es können aber auch Materialien, welche das Prozessgas verunreinigen, anteilsmäßig aufgeschlüsselt sein.

Eine Verunreinigung des Prozessgases kann durch mannigfaltige Prozesse bedingt sein, beispielsweise hängt die Verunreinigung von der Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere von der Einblasung bzw. Absaugung, des Prozessgases ab, aber auch von dem Dosiervorgang (Pulver kann durch zu langes Drehen der Walze oder durch Defekt der Pulverdichtung aus dem Dosierer rieseln), der Beschichterfahrt (Pulver, das sich nach dem Beschichten noch nicht auf dem Pulverbett abgesetzt hat, wird durch die Gasströmung erfasst und weiter aufgewirbelt), den Bauvorgang bzw. die Laseraktivität, einer Kollision zwischen Beschichter und Bauteil (Aufwirbelung von Pulver), Defekten oder Konstruktionsmängel (Staub sammelt sich auf Beschichter und wird durch Einblasung aufgewirbelt), Bedienfehler (z.B. Montage der Dichtlippe am Dosierer vergessen) oder auch einer Missachtung von Reinigungszyklen (Absetzen von Staub auf Oberflächen).

Zur Erfassung von Messwerten wird eine Kontaminations-Messeinheit verwendet, die z.B. ein im Stand der Technik bekannter Staubsensor sein kann. Eine Messung kann insbesondere optisch, z.B. via Trübung nach dem Rauchmelder-Prinzip, akustisch, z.B. via Ultraschall, z. B. triboelektrisch nach dem Prinzip von lonisationsrauchmeldern, elektrochemisch oder elektromagnetisch erfolgen, z.B. mittels Mikrowellen-Dopplersensor. Bevorzugt ist auch eine Nutzung von eventuell zur Prozessüberwachung vorhandenen thermooptischen Messgeräten hinsichtlich charakteristischer Messwerte, verursacht durch Interaktion eines Laserstrahls mit unreiner Prozessatmosphäre, oder durch veränderte Vorgänge im Schmelzbad durch eben diese Interaktion. Auch bevorzugt ist die Überwachung von optischen Aufnahmen, die durch eine gegebenenfalls getrübte Prozessatmosphäre gemacht werden, besonders hinsichtlich ihrer Helligkeit und ihres Kontrastverhältnisses. Eine bevorzugte Messeinheit ist minimalinvasiv, konstruktiv einfach in ein System integrierbar, verschleißfrei und zuverlässig sowie kostengünstig.

Die Kontaminations-Messeinheit misst die Partikelbeladung des vorbeifließenden Prozessgases, insbesondere auf der Reingasseite des Prozessgaskreislaufs, d.h. zwischen einem Filter und dem Eingang in die Prozesskammer. Die Messung kann dabei kontinuierlich oder intermittierend erfolgen. Eine bevorzugte Anordnung eines Sensors der Kontaminations-Messeinheit in der Maschine ist dergestalt, dass der Sensor annähernd den gesamten Innendurchmesser des Rohres erfassen kann, in dem er angeordnet ist. Wenn er in einem Bereich des Auslassrohrs angeordnet ist, sollte der Sensor dort angeordnet sein, wo dieses Rohr möglichst lange gerade verläuft, insbesondere bei einer Drittelung des Bereichs vorzugsweise zwei Drittel der Strecke stromabwärts der nächstliegenden Krümmung und ein Drittel der Strecke stromaufwärts der nächstliegenden Krümmung. Bei einer Messung sollte die Strömung im Rohr möglichst homogen sein und frei verlaufen. Bezüglich der Ausrichtung des Sensors zum Rohrquerschnitt (360°) steht der Sensor vorzugsweise 90° zur Hauptströmungsrichtung, und erfasst ein möglichst breites Spektrum an Beladungsmasseströmen, d.h. er sollte entlang dem Maximaldurchmesser des Rohres positioniert sein.

Die von der Kontaminations-Messeinheit erfassten Messwerte sollten einen Rückschluss auf einen bei der Erfassung herrschenden Grad der Verunreinigung des durch die Gasleitung strömenden Prozessgases zulassen. Dies bedeutet, dass jeder Messwert diesen jeweiligen Grad der Verunreinigung direkt angibt oder einen Wert darstellt, mit dem der Grad der Verunreinigung ermittelt werden kann, z.B. basierend auf Powder-Bed- Monitoring. Bevorzugte Messwerte geben z.B. die Gesamtanzahl der Partikel pro Zeit an, können aber auch eine Masse oder elektrische Ladung der Einzelpartikel angeben, wobei hier auch eine zusätzliche Messung der Strömungsgeschwindigkeit hilfreich sein könnte. Zusätzlich kann es auch von Vorteil sein, eine Homogenität oder Heterogenität der Strömung zu messen, d.h. ob eine weitgehend gleiche oder unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten über den Rohrinnenquerschnitt hinweg herrschen. Weitere bevorzugte Messwerte geben eine Verteilung von Partikeln in der Strömung über den Rohrinnenquerschnitt hinweg an. Beispielsweise kann nach einer Krümmung in einem Wandbereich der größten Bogenlänge die Konzentration von Partikeln, insbesondere schwererer Partikel, durch die Wirkung der Zentrifugalkraft höher sein. Kurz: Es sind alle Messungen bevorzugt, die Aufschluss darüber geben, wieviel Partikel zusammen mit dem Prozessgas wieder in die Prozesskammer einströmen.

Wohlgemerkt, kann durchaus alleine der Grad der Verunreinigung am Gasauslass der Prozesskammer (im Rohgasstrang) gemessen werden. Bevorzugt ist jedoch der Grad der Verschmutzung im Reingasstrang (am Gaseinlass in die Prozesskammer bzw. das Prozessgas nach der Filterung) zu messen. Es kann aber auch sehr vorteilhaft sein, im Rohgasstrang und im Reingasstrang zu messen, da dann auch Differenzwerte gebildet werden können, die sehr gut Aufschluss über Veränderungen der Filter geben können.

Die Auswertung der Anzahl von Messwerten erfolgt bevorzugt im Hinblick auf eine Qualität der Bauteile. Wenn die Verunreinigung des Prozessgases zu groß ist, sollte dem entgegengewirkt werden, so dass diese Verunreinigungen die Prozesskammer und die zu fertigenden Bauteile darin nicht übermäßig in Mitleidenschaft ziehen. Beispielsweise kann einfach geprüft werden, ob der Grad der Verunreinigungen im Prozessgas über einem vorbestimmten Grenzwert liegt, insbesondere für einen Kalkanteil der Partikel. Es wären aber auch andere Indikatoren möglich, z.B. ein plötzliches Ansteigen des Grades der Verunreinigung oder der Anstieg einer bestimmten Konzentration von bestimmten Partikeln, z.B. größeren Partikeln oder Kalkpartikeln. Die Kontaminations-Messeinheit kann dazu in einem Diagnosesystem integriert sein, bei dem z.B. die Messwerte noch mit Messwerten einer weiteren Sensorik (z.B. im Rahmen einer „Differentialdiagnostik“) vereint werden. Beispielsweise könnte eine Verknüpfung der Messwerte mit Steuerdaten aus der Ansteuerung aller beweglichen Elemente in der Prozesskammer (Beschichter inkl. Einzelteile, etc.) sowie der Gaseinblasung bzw. Gasabsaugung erfolgen, oder eine Bildung einer zeitlichen Korrelation zwischen einer Erhöhung des Pulveraustrags und einem bestimmten Ereignis bzw. Aktivität einer bestimmten Komponente. Es können auch Zusammenhänge zwischen Fehlerereignissen über andere Sensorik gebildet werden oder, eine Gewichtung und Interpretation von Signalen und dadurch eine Eingrenzung von fehlerverursachenden Komponenten bzw. Ereignissen vorgenommen werden. Im Hinblick auf die Steuerung der Vorrichtung bzw. des Ausgabegeräts kann ein Fertigungsprozess unterbrochen werden, bis der Grad der Verunreinigung sich wieder in einem tolerierbaren Rahmen bewegt. Es kann aber auch eine Warnung ausgegeben werden, z.B. dass ein Filterbruch wahrscheinlich ist. Beispielsweise wird ein Warnsignal bei Überschreitung eines Schwellenwerts ausgegeben, z.B. bei einer zu großen Gesamtmenge ausgetragenen Pulvers oder bei Überschreitung von definierten Grenzwerten zu lokalen Maxima/Minima oder Kurvensteigungen. Zwischen Steuerung und Auswertung kann dabei noch eine Fehlerdiagnose erfolgen, bei der ermittelt wird, wo der Fehler liegen könnte.

Ein erfindungsgemäßes System dient zur Steuerung eines Fertigungsprozesses zur additiven Fertigung eines Bauteils in einer Vorrichtung, wobei auf einem Baufeld in einem Prozessraum Aufbaumaterial mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahl verfestigt wird und wobei ein mit Verunreinigungen beladenes Prozessgas durch eine Gasleitung aus dem Prozessraum abgeführt, gefiltert und wieder in den Prozessraum zurückgeführt wird. Das System ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt und umfasst die folgenden Komponenten:

- Eine Kontaminations-Messeinheit ausgelegt zur Erfassung einer Anzahl von Messwerten, wobei jeder Messwert einen Rückschluss auf den jeweiligen Grad der Verunreinigung in dem durch die Gasleitung strömenden Prozessgas zulässt,

- eine Auswerteeinheit, ausgelegt zur Auswertung der Anzahl von Messwerten,

- eine Steuereinheit ausgelegt zur Steuerung der Vorrichtung und/oder eines mit dem Fertigungsprozess datentechnisch verbundenen Ausgabegeräts in Abhängigkeit von der Anzahl von Messwerten.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass partikelbelastetes Prozessgas detektiert werden kann und ggf. ein Stillstand des Prozesses eingeleitet oder eine Warnung ausgegeben werden kann. Dadurch werden Mängel an Bauteilen verhindert, die durch eine mangelhaft gefilterte Prozessatmosphäre verursacht werden, was eventuell lange unentdeckt bleiben könnte. Verunreinigungen können sowohl den Fertigungsprozess direkt durch Störung des Laserstrahls verschlechtern, als auch zu verunreinigtem Pulver führen, das selbst wenn es danach gesiebt wird, wiederum schwer erkennbare Schäden in daraus hergestellten Teilen verursachen kann. Insbesondere minimale Filterdurchbrüche, die nicht auf Basis anderer Kontrollmechanismen zu einem Jobabbruch führen (z.B. durch abrupten erheblichen Abfall des Gegendrucks unabhängig von einem Abreinigungs- vorgang), können durch die Erfindung zuverlässig festgestellt werden. Somit kann verhindert werden, dass eine Beeinträchtigung der Bauteilqualität, insbesondere durch übermäßigen Kalkeintrag (Passivierungsmittel), über einen längeren Zeitraum stattfindet, in dem das Prozessgasreinigungssystem vermeintlich tadellos funktioniert.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung („Fertigungsvorrichtung“) zur additiven Fertigung eines Bauteils in einem Fertigungsprozess, in welchem auf einem Baufeld in einem Prozessraum Aufbaumaterial mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials mit zumindest einem Energiestrahl verfestigt wird, umfasst die folgenden Komponenten:

- eine Gasleitung zur Führung eines Prozessgases aus dem Prozessraum durch eine Filtereinheit und wieder zurück in den Prozessraum,

- ein erfindungsgemäßes System, wobei die Kontaminations-Messeinheit des Systems in der Gasleitung angeordnet ist, bevorzugt auf einer Reingasseite der Gasleitung.

Bevorzugt ist dabei die Filtereinheit höchstens zweistufig, vorzugsweise höchstens einstufig ausgebildet. „Einstufig“ bedeutet dabei, dass die Filtereinheit parallel geschaltete Filterelemente umfassen kann, jedoch keine seriell geschalteten. Es ist bevorzugt, dass zumindest ein Filterelement, vorzugsweise alle Filterelemente der Filtereinheit dazu ausgebildet ist/sind, vor, während, oder nach einem Fertigungsprozess abgereinigt zu werden. Dies bedeutet, dass der Filter kein Speicherfilter ist. Bevorzugt ist der Filtereinheit eine Partikelabscheideeinheit stromaufwärts vorgeschaltet.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mehrere Bestrahlungsvorrichtungen aufweisen kann, die dann wie oben erwähnt entsprechend koordiniert mit den Steuerdaten angesteuert werden. Auch sei noch einmal erwähnt, dass insoweit der Energiestrahl auch aus mehreren überlagerten Energiestrahlen bestehen kann bzw. dass es sich bei dem Energiestrahl sowohl um Teilchenstrahlung als auch um elektromagnetische Strahlung, wie z. B. Licht- bzw. vorzugsweise Laserstrahlung, handeln kann.

Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung dient zur Steuerung einer Vorrichtung für einen Fertigungsprozess zur additiven Fertigung eines Bauteils, wobei auf einem Baufeld in einem Prozessraum Aufbaumaterial mittels Bestrahlung mit zumindest einem Energiestrahl verfestigt wird und wobei ein mit Verunreinigungen beladenes Prozessgas durch eine Gasleitung aus dem Prozessraum abgeführt, gefiltert und wieder in den Prozessraum zurückgeführt wird. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, die Fertigungsvorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren anzusteuern, bzw. umfasst sie ein erfindungsgemäßes System.

Das erfindungsgemäße System kann insbesondere in Form einer Rechnereinheit, insbesondere in einer Steuereinrichtung, mit geeigneter Software realisiert sein. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen. Insbesondere kann sie in Form von geeigneten Softwareprogrammteilen in der Rechnereinheit realisiert sein. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Rechnereinheiten, insbesondere in Steuereinrichtungen, von Fertigungsvorrichtungen, auf einfache Weise durch ein Software- bzw. Firmware-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Rechnereinheit ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Rechnereinheit ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z. B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen. Zum Transport zur Rechnereinheit und/oder zur Speicherung an oder in der Rechnereinheit kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind.

Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen und Ausführungsbeispielen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird in dem Fall, dass sich bei der Auswertung der Anzahl von Messwerten ergibt, dass der Grad der Verunreinigung in dem durch die Gasleitung strömenden Prozessgas größer als eine vorgegebene Maximalverunreinigung (ein Grenzwert für den Grad, z.B. eine Partikelkonzentration) ist, zumindest einer der folgenden Schritte durchgeführt:

- Ausgabe einer Information auf dem Ausgabegerät, insbesondere eine Warnmeldung (einer Nachricht) oder ein Warnsignal (z. B. ein akustisches oder optisches Signal),

- Unterbrechen (d.h. Stoppen oder Pausieren) des Fertigungsprozesses,

- automatischer Eintrag einer Information über den aus der Anzahl von Messwerten ermittelten Grad der Verunreinigung in dem durch die Gasleitung strömenden Prozessgas in ein Qualitätsdatenprotokoll,

- Ermittlung eines Zustandes einer im Fertigungsprozess gefertigten Anzahl von Bauteilen und Abschätzung, welche(s) der Anzahl von Bauteilen verwertbar ist/sind bzw. welche(s) nicht.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird zur Steuerung der Vorrichtung die Auswertung der Anzahl von Messwerten unter Berücksichtigung einer Anzahl von Prozessparametern der Vorrichtung durchgeführt, die für eine additive Fertigung eines Bauteils charakteristisch sind. Dies geschieht insbesondere unter der Annahme, dass es sich bei den erfassten Verunreinigungen um prozessbedingtes Austragsmaterial (insbesondere pulverförmiges Auftragsmaterial) und/oder Passivierungsmittel (insbesondere Kalk) handelt. Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Steuerung der Vorrichtung mittels einer, insbesondere automatischen, Steuerung oder Regelung der Anzahl von Prozessparametern in Abhängigkeit von der Auswertung der Anzahl von Messwerten, wobei bevorzugt im Hinblick auf die Steuerung oder Regelung der Anzahl von Prozessparametern eine Optimierung und/oder Fehlererkennung in Bezug auf mindestens einen Prozessparameter anhand der Auswertung der Anzahl von Messwerten erfolgt. Eine Optimierung bzw. Fehlererkennung in Bezug auf mindestens einen Prozessparameter kann dabei aufgrund von gezielten Tests oder basierend auf Abschätzungen erfolgen. Beispielsweise kann bei einer Messung von Aufbaumaterial im Prozessgasstrom gezielt die Strömung des Prozessgases durch die Prozesskammer verändert werden oder bei der Messung von Rauchpartikeln der Energiestrahl geregelt werden.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren ist ein Prozessparameter der Anzahl von Prozessparametern charakteristisch für mindestens eines der folgenden Kriterien:

- einen Durchsatz, eine Strömungsstärke, eine Richtung, einen Wirkbereich und/oder eine Geschwindigkeit des Prozessgases im Prozessraum, insbesondere jeweils relativ zu einer obersten Schicht des Aufbaumaterials, - eine geometrische und/oder zeitliche Gleichmäßigkeit eines Durchsatzes, einer Strömungsstärke, einer Richtung, eines Wirkbereichs und/oder einer Geschwindigkeit des Prozessgases im Prozessraum, insbesondere jeweils relativ zu einer obersten Schicht des Aufbaumaterials,

- eine Fläche, Dicke, Lage und/oder Form eines zu verfestigenden Bereichs auf dem Baufeld zur Fertigung des Bauteils,

- ein Zuführen und/oder ein selektives Verfestigen des Aufbaumaterials,

- ein Verteilen (insbesondere schichtweises Aufträgen) des Aufbaumaterials,

- den zumindest einen Energiestrahl, der das selektive Verfestigen des Aufbaumaterials bewirkt, insbesondere dessen Wellenlänge, Intensität, Intensitätsverteilung, Strahldurchmesser, Strahlquerschnitt, Auslenkrichtung, Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsgeschwindigkeit innerhalb des Baufelds,

- eine Befüllung und/oder Überfüllung eines Überlaufbehälters, der zum Auffangen von überschüssigem Aufbaumaterial in dem Prozessraum vorgesehen ist,

- einen erhöhten oder unkontrollierten Austrag von Aufbaumaterial in eine Atmosphäre des Prozessraums.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird im Rahmen der Auswertung ermittelt, ob sich ein Messwert oder ein Verlauf einer Mehrzahl von Messwerten innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs befindet. Bevorzugt wird dazu die Anzahl von Messwerten auf besondere Weise ausgewertet, z.B. indem

- ein Messwert mit mindestens einem vordefinierten Schwellenwert abgeglichen wird und/oder

- eine Veränderung einer Anzahl von Messwerten mit mindestens einem vordefinierten Schwellenwert abgeglichen wird und/oder

- eine Mehrzahl von Messwerten auf ein sich wiederholendes Messwertverlaufsmuster geprüft wird, wobei bevorzugt die Prüfung der Anzahl von Messwerten auf das sich wiederholende Messwertverlaufsmuster ein Erkennen wiederholt auftretender Messwertanomalien umfasst (z. B. temporäre Messwertausschläge), insbesondere solcher, die im Vergleich zum vorbestimmten Zeitraum der Messwerterfassung kurzzeitig auftreten. Dabei umfasst die Auswertung der Anzahl von Messwerten bevorzugt eine Bildung einer zeitlichen Korrelation zwischen einem Ergebnis einer Erfassung der Anzahl von Messwerten und mindestens einem Prozessparameter der Vorrichtung, der für eine additive Fertigung eines Bauteils charakteristisch ist. Beispiele für solche Prozessparameter sind vorangehend genannt. Gemäß einem bevorzugten Verfahren erfolgt die Erfassung einer Anzahl von Messwerten, und bevorzugt auch die Steuerung oder Regelung des Prozessparameters, während einer additiven Fertigung eines Bauteils, vorzugsweise fortlaufend oder in regelmäßigen Zeitabständen.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren ist das Aufbaumaterial zumindest teilweise pulverförmig und umfasst vorzugsweise ein Metallpulver.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird stromabwärts des Prozessraums und/oder stromaufwärts der Filtereinheit ein Passivierungsmittel, vorzugsweise Kalkpartikel, dem durch die Gasleitung strömenden Prozessgas zugegeben. Wie oben gesagt, kann dieses Passivierungsmittel zu Qualitätsverlusten führen, wenn es in den Prozessraum gelangt. Daher ist hier die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren erfolgt zur Fertigung eines Bauteils eine Zuführung des Aufbaumaterials in den Prozessraum. Im Prozessraum ist (dazu) eine Dosiereinrichtung und/oder ein Beschichter angeordnet, der das Aufbaumaterial schichtweise innerhalb eines Baufelds aufträgt. Dabei erfolgt im Zuge der Steuerung der Vorrichtung in Abhängigkeit von der Anzahl von Messwerten bevorzugt eine Dosierung des Aufbaumaterials mittels der Dosiereinrichtung und/oder des Beschichters, welche ggf. basierend auf den Messwerten auch in veränderter Weise erfolgen kann (also abweichend von einer vorher vorgegebenen Art und Weise). Alternativ oder zusätzlich erfolgt bevorzugt eine Bewegung der Dosiereinrichtung und/oder des Beschichters, ggf. auch in veränderter Weise.

Bevorzugt umfasst die Kontaminations-Messeinheit einen Filterbruchsensor, insbesondere auf Basis des triboelektrischen Effektes, und/oder einen optischen Trübungssensor, und/oder eine Kamera, welche insbesondere die Helligkeit von Bildern überwacht, die durch die Prozessatmosphäre aufgenommen werden, und/oder ein thermooptisches Messgerät und/oder ein System ausgelegt zum Powder-Bed-Monitoring umfasst und/oder ein Messgerät zum vergleichenden Messen eines Drucks (dem Differenzdruck) an zwei parallelen Filterstufen.

Ein Filterbruchsensor wird normalerweise stromabwärts eines Partikelfilters angeordnet, um den Grad seiner Reinigungswirkung zu prüfen bzw. zu dokumentieren. Ein solcher Filterbruchsensor funktioniert oftmals nach dem Prinzip der Triboelektrizität, d.h. der elek- Irischen Aufladung von Teilchen durch Reibung. Ein solcher Sensor kann als Metallstab ausgebildet sein, der eine Leitung des Gasumwälzsystems mit dem Prozessgas durchdringt. Die Durchdringung kann dabei an nur einer Stelle der Wandung erfolgen. Ein Kontakt zwischen Metallstab und Metallrohr kann durch eine Isolierung vermieden werden. Eine elektromagnetische Abschirmung des Sensors ist sehr vorteilhaft, um Störungen zu vermeiden. Elektrisch geladene Metallpartikel, die durch Reibung aufgeladen wurden, berühren den elektrisch leitfähigen Metallstab und geben dabei ihre Ladung an das Metall ab. Beispielsweise kann eine aufsummierte Ladung als elektrischer Strom gemessen werden („Gesamtmassenstrom“).

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur additiven Fertigung,

Figur 2 ein Blockdiagramm eines möglichen Verfahrensablaufs eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 3 ein Umluftfiltersystem gemäß dem Stand der Technik,

Figur 4 eine Fertigungsvorrichtung mit Umluftfiltersystem und Partikelseparator.

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele werden mit Bezug auf eine Vorrichtung 1 zur additiven Fertigung von Bauteilen in Form einer selektiven Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung beschrieben, wobei explizit noch einmal darauf hingewiesen ist, dass die Erfindung nicht auf selektive Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtungen beschränkt ist. Die Vorrichtung wird im Folgenden - ohne eine Beschränkung der Allgemeinheit - daher kurz als „Fertigungsvorrichtung“ 1 bezeichnet.

Eine solche Fertigungsvorrichtung 1 ist schematisch in Figur 1 gezeigt. Die Vorrichtung weist eine Prozesskammer 3 bzw. einen Prozessraum 3 mit einer Kammerwandung 4 auf, in der im Wesentlichen der Fertigungsprozess abläuft. In der Prozesskammer 3 befindet sich ein nach oben offener Behälter 5 mit einer Behälterwandung 6. Die obere Öffnung des Behälters 5 bildet die jeweils aktuelle Arbeitsebene 7. Der innerhalb der Öffnung des Behälters 5 liegende Bereich dieser Arbeitsebene 7 kann zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden und wird daher als Baufeld 8 bezeichnet.

Der Behälter 5 weist eine in einer vertikalen Richtung V bewegliche Grundplatte 11 auf, die auf einem Träger 10 angeordnet ist. Diese Grundplatte 11 schließt den Behälter 5 nach unten ab und bildet damit dessen Boden. Die Grundplatte 11 kann integral mit dem Träger 10 gebildet sein, sie kann aber auch eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein und an dem Träger 10 befestigt oder auf diesem einfach gelagert sein. Je nach Art des konkreten Aufbaumaterials, also beispielsweise des verwendeten Pulvers, und des Fertigungsprozesses kann auf der Grundplatte 11 eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Grundsätzlich kann das Objekt 2 aber auch auf der Grundplatte 11 selbst aufgebaut werden, die dann die Bauunterlage bildet.

Der grundsätzliche Aufbau des Objekts 2 erfolgt, indem eine Schicht Aufbaumaterial 13 zunächst auf die Bauplattform 12 aufgebracht wird, dann - wie später erläutert - mit einem Laserstrahl 22 als Energiestrahl an den Punkten, welche Teile des zu fertigenden Objekts 2 bilden sollen, das Aufbaumaterial 13 selektiv verfestigt wird, dann mit Hilfe des Trägers 10 die Grundplatte 11, somit die Bauplattform 12 abgesenkt wird und eine neue Schicht des Aufbaumaterials 13 aufgetragen und selektiv verfestigt wird usw. In Figur 1 ist das in dem Behälter auf der Bauplattform 12 aufgebaute Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt. Es weist bereits mehrere verfestigte Schichten auf, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 13. Als Aufbaumaterial 13 können verschiedene Materialien verwendet werden, vorzugsweise Pulver, insbesondere Metallpulver, Kunststoffpulver, Keramikpulver, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver oder auch pastöse Materialien sowie optional eine Mischung mehrerer Materialien.

Frisches Aufbaumaterial 15 befindet sich in einem Vorratsbehälter 14 der Fertigungsvorrichtung 1. Mit Hilfe eines in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichters 16 kann das Aufbaumaterial in der Arbeitsebene 7 bzw. innerhalb des Baufelds 8 in Form einer dünnen Schicht aufgebracht werden.

Optional befindet sich in der Prozesskammer 3 eine zusätzliche Strahlungsheizung 17. Diese kann zum Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials 13 dienen, so dass die für die selektive Verfestigung genutzte Bestrahlungseinrichtung nicht zu viel Energie einbringen muss. Das heißt, es kann beispielsweise mit Hilfe der Strahlungsheizung 17 schon eine Menge an Grundenergie in das Aufbaumaterial 13 eingebracht werden, welche natürlich noch unterhalb der notwendigen Energie ist, bei der das Aufbaumaterial 13 verschmilzt oder sintert. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler oder VCSEL-Strahler genutzt werden.

Zum selektiven Verfestigen weist die Fertigungsvorrichtung 1 eine Bestrahlungsvorrichtung 20 bzw. konkret Belichtungsvorrichtung 20 mit einem Laser 21 auf. Dieser Laser 21 erzeugt einen Laserstrahl 22, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt wird, um so die gemäß der Belichtungsstrategie vorgesehenen Belichtungspfade oder Spuren (Hatchlinien) in der jeweils selektiv zu verfestigenden Schicht abzufahren und selektiv die Energie einzubringen. Weiter wird dieser Laserstrahl 22 durch eine Fokussiereinrichtung 24 auf die Arbeitsebene 7 in geeigneter Weise fokussiert. Die Bestrahlungsvorrichtung 20 befindet sich hier vorzugsweise außerhalb der Prozesskammer 3 und der Laserstrahl 22 wird über ein an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebrachtes Einkoppelfenster 25 in die Prozesskammer 3 geleitet.

Die Bestrahlungsvorrichtung 20 kann beispielsweise nicht nur einen, sondern mehrere Laser umfassen. Vorzugsweise kann es sich hierbei um Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Laser wie z. B. Laserdioden handeln, insbesondere VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) oder eine Zeile dieser Laser. Ganz besonders bevorzugt können im Rahmen der Erfindung ein oder mehrere unpolarisierte Single-Mode-Laser, z. B. ein 3 kW-Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1070 nm, eingesetzt werden.

Die Fertigungsvorrichtung 1 enthält in einer Gasleitung 9, welche Prozessgas G in den Prozessraum 3 hineinführt und aus diesem herausführt und eine Kontaminations- Messeinheit 18, welche einen Grad der Verunreinigung in dem durch die Gasleitung 9 strömenden Prozessgas G misst. Der Gasstrom strömt durch den gasgefüllten Raum oberhalb des Behälters 5, den im Betrieb der Energiestrahl 22 durchquert. Dem Gaseinlass (links) gegenüber sitzt ein Gasauslass (rechts), sodass die Gasströmung das Baufeld vollständig überquert und ggf. zurückgeführt werden kann (nicht eingezeichnet). Es wird hier eine Verunreinigung A eines aus der Prozesskammer 3 ausströmenden Prozessgases G mit der Kontaminations-Messeinheit 18 gemessen, jedoch kann auch eine Kontamination des einströmenden Prozessgases G gemessen werden. Die Kontaminations-Messeinheit 18 kann z.B. einen Filterbruchsensor, einen optischen Trübungssensor, eine Kamera, ein thermooptisches Messgerät oder ein System ausgelegt zum Powder Bed-Monitoring umfassen.

Die von der Kontaminations-Messeinheit 18 erfassten Messwerte M, welche einen Rückschluss auf den jeweiligen Grad der Verunreinigung in dem durch die Gasleitung 9 strömenden Prozessgas G zulassen, werden hier an eine Steuereinrichtung 30 der Fertigungsvorrichtung 1 übergeben, welche auch dazu dient, die verschiedenen Komponenten der Fertigungsvorrichtung 1 zur gesamten Steuerung des additiven Fertigungsprozesses anzusteuern.

Zur Aufnahme der Messwerte M weist die Steuereinrichtung 30 eine Auswerteeinheit 32 auf, die zur Auswertung der Messwerte M ausgelegt ist. Eine Steuereinheit 29 der Steuereinrichtung 30 dient zur Steuerung der Vorrichtung 1 in Abhängigkeit von der Anzahl von Messwerten M. Die Steuereinheit 29 ist dazu ausgelegt, die Komponenten der Bestrahlungsvorrichtung 20, nämlich hier den Laser 21, die Umlenkvorrichtung 23 und die Fokussiervorrichtung 24, anzusteuern und übergibt hierzu an diese entsprechend Bestrahlungssteuerdaten BS, welche entsprechend der Messwerte M gestaltet sind.

Die Steuereinheit 29 steuert auch mittels geeigneter Heizungssteuerdaten HS die Strahlungsheizung 17 an, mittels Beschichtungssteuerdaten ST den Beschichter 16 und mittels Trägersteuerdaten TS die Bewegung des Trägers 10 und steuert somit die Schichtdicke.

Die Steuereinrichtung 30 ist, hier z. B. über einen Bus 60 oder eine andere Datenverbindung, mit einem Ausgabegerät 39 gekoppelt, z.B. einem Terminal mit einem Display oder dergleichen. Sie kann über diesen Bus 60 Warnmeldungen an ein Ausgabegerät 39 senden, wenn der Grad der Verschmutzung zu hoch ist. Über das Terminal kann ein Bediener zusätzlich die Steuereinrichtung 30 und somit die gesamte Fertigungsvorrichtung 1 steuern, z.B. durch Übermittlung von Prozesssteuerdaten PS.

Es wird an dieser Stelle auch noch einmal darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Fertigungsvorrichtung 1 beschränkt ist. Sie kann auf andere Verfahren zum generativen bzw. additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials angewendet werden, wobei ein Energiestrahl zum Verfestigen auf das zu verfestigende Aufbaumaterial abgegeben wird. Dementsprechend kann auch die Bestrahlungsvorrichtung nicht nur, wie hier beschrieben, ein Laser sein, sondern es könnte jede Einrichtung verwendet werden, mit der Energie als Wellen- oder Teilchenstrahlung selektiv auf bzw. in das Aufbaumaterial gebracht werden kann. Beispielsweise könnte anstelle eines Lasers eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl etc. verwendet werden.

Auch wenn in Figur 1 nur ein einzelnes Objekt 2 bzw. Bauteil 2 dargestellt wird, ist es möglich und in der Regel auch üblich, mehrere Objekte in der Prozesskammer 3 bzw. im Behälter 5 parallel herzustellen. Dazu wird das Aufbaumaterial schichtweise an Stellen, die den Querschnitten der Objekte in der jeweiligen Schicht entsprechen, durch den Energiestrahl 22 abgetastet.

Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm eines möglichen Verfahrensablaufs eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Fertigungsprozesses zur additiven Fertigung eines Bauteils 2 in einer Vorrichtung 1 , wie sie z.B. in Figur 1 dargestellt ist. Dazu wird auf einem Baufeld 8 in einem Prozessraum 3 Aufbaumaterial 13 mittels Bestrahlung des Aufbaumaterials 13 mit zumindest einem Energiestrahl 22 verfestigt. Ein mit Verunreinigungen A beladenes Prozessgas G wird durch eine Gasleitung 9 aus dem Prozessraum 3 abgeführt, gefiltert und wieder in den Prozessraum 3 zurückgeführt. Das Aufbaumaterial 13 ist zumindest teilweise pulverförmig und umfasst vorzugsweise ein Metallpulver. Wird ein Metallpulver verarbeitet, wird häufig aus Gründen des Brandschutzes stromabwärts des Prozessraums 3 und/oder stromaufwärts einer Filtereinheit 40 (s. nachfolgende Figuren) ein Passivierungsmittel, vorzugsweise Kalkpartikel, dem durch die Gasleitung 9 strömenden Prozessgas G zugegeben. Alle pulverförmigen Materialien können als Verunreinigungen im Prozessgas vorliegen. Insbesondere bei einem Riss oder Bruch eines Filters oder einer anderen Komponente, die Reingas und verunreinigtes Gas voneinander trennen soll (z. B. einer Dichtung), werden dann nicht zu vernachlässigende Mengen an Verunreinigungen mit dem Prozessgas G wieder in die Prozesskammer 3 eingebracht, was zu Qualitätsverlusten bei den hergestellten Bauteilen 2 führt.

In Schritt I erfolgt eine Erfassung einer Anzahl von Messwerten M mittels der Kontaminations-Messeinheit 18, wobei jeder Messwert M einen Rückschluss auf einen bei der Erfassung herrschenden Grad der Verunreinigung des durch die Gasleitung 9 strömenden Prozessgases G zulässt. Dabei kann ein Messwert M diesen jeweiligen Grad der Verunreinigung direkt angeben oder einen Wert darstellen, mit dem der Grad der Verunreinigung ermittelt werden kann, z.B. aufgrund der Trübung von optischen Aufnahmen z.B. des Powder-Bed-Monitoring-Systems. Die Erfassung der Messwerten M erfolgt hier während einer additiven Fertigung eines Bauteils 2, vorzugsweise fortlaufend oder in regelmäßigen Zeitabständen.

In Schritt II erfolgt eine Auswertung der Messwerte M. Im Rahmen der Auswertung wird ermittelt, ob sich ein Messwert M oder ein Verlauf einer Mehrzahl von Messwerten M innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs befindet. Die Messwerte M können auf unterschiedliche Weise ausgewertet wird. Beispielsweise wird ein Messwert M oder dessen Veränderung mit mindestens einem vordefinierten Schwellenwert abgeglichen. Eine Mehrzahl von Messwerten M kann auch auf ein sich wiederholendes Messwertverlaufsmuster geprüft werden, wobei z.B. diese Prüfung ein Erkennen wiederholt auftretender Messwertanomalien (z.B. temporäre Messwertausschläge) umfassen kann. Die Auswertung kann auch eine Bildung einer zeitlichen Korrelation zwischen einem Ergebnis einer Erfassung der Anzahl von Messwerten M und mindestens einem Prozessparameter P der Vorrichtung 1, der für eine additive Fertigung eines Bauteils 2 charakteristisch ist, umfassen.

Ein Prozessparameter P kann z.B. für eines der folgenden Kriterien charakteristisch sein: a) Ein Durchsatz, eine Strömungsstärke, eine Richtung, einen Wirkbereich und/oder eine Geschwindigkeit des Prozessgases G im Prozessraum 3, insbesondere jeweils relativ zu einer obersten Schicht des Aufbaumaterials 13, b) eine geometrische und/oder zeitliche Gleichmäßigkeit eines Durchsatzes, einer Strömungsstärke, einer Richtung, eines Wirkbereichs und/oder einer Geschwindigkeit des Prozessgases G im Prozessraum 3, insbesondere jeweils relativ zu einer obersten Schicht des Aufbaumaterials 13, c) eine Fläche, Dicke, Lage und/oder Form eines zu verfestigenden Bereichs auf dem Baufeld 8 zur Fertigung des Bauteils 2, d) ein Zuführen und/oder ein selektives Verfestigen des Aufbaumaterials 13, e) ein Verteilen (z.B. schichtweises Aufträgen) des Aufbaumaterials 13, f) den zumindest einen Energiestrahl 22, der das selektive Verfestigen des Aufbaumaterials 13 bewirkt, insbesondere dessen Wellenlänge, Intensität, Intensitätsverteilung, Strahldurchmesser, Strahlquerschnitt, Auslenkrichtung, Bewegungsrichtung und/oder

Bewegungsgeschwindigkeit innerhalb des Baufelds 8, g) eine Befüllung und/oder Überfüllung eines Überlaufbehälters, der zum Auffangen von überschüssigem Aufbaumaterial 13 in dem Prozessraum 3 vorgesehen ist, oder h) einen erhöhten oder unkontrollierten Austrag von Aufbaumaterial 13 in eine Atmosphäre des Prozessraums 3.

In dem hier dargestellten Schritt wird die Auswertung der Anzahl von Messwerten M unter Berücksichtigung einer Anzahl von Prozessparametern P der Vorrichtung 1 , die für eine additive Fertigung eines Bauteils 2 charakteristisch ist, durchgeführt, insbesondere unter der Annahme, dass es sich bei den erfassten Verunreinigungen um prozessbedingtes Austragsmaterial und/oder Passivierungsmittel handelt.

In Schritt III erfolgt eine Steuerung der Vorrichtung 1 und/oder eines mit dem Fertigungsprozess datentechnisch verbundenen Ausgabegeräts 39 in Abhängigkeit von der Auswertung der Anzahl von Messwerten M. In diesem Beispiel erfolgt eine Steuerung der Vorrichtung 1 mittels einer automatischen Steuerung oder Regelung der Anzahl von Prozessparametern P in Abhängigkeit von der Auswertung der Anzahl von Messwerten M, wobei eine Optimierung und/oder Fehlererkennung in Bezug auf mindestens einen Prozessparameter anhand der Auswertung der Anzahl von Messwerten M erfolgen kann. Beispielsweise kann zur Fertigung eines Bauteils 2 mit einer Vorrichtung nach Figur 1 eine Dosierung des Aufbaumaterials 13 mittels des Beschichters 16 oder dessen Bewegung basierend auf den Messwerten M gesteuert werden.

In dem Fall, dass sich bei der Auswertung der Messwerte M ergibt, dass der Grad der Verunreinigung in dem durch die Gasleitung 9 strömenden Prozessgas G größer als eine vorgegebene Maximalverunreinigung ist, erfolgt beispielsweise eine Ausgabe einer Warnmeldung auf dem Ausgabegerät 39. Zusätzlich kann der Fertigungsprozess unterbrochen werden, bis der Grad der Verschmutzung wieder gesunken ist und es kann ein automatischer Eintrag einer Information über den Grad der Verunreinigung in ein Qualitätsdatenprotokoll erfolgen.

Figur 3 zeigt ein Umluftfiltersystem 40 mit einer Vorfilterstufe 42, einem Partikelauffangbehälter 44, einem Füllstandssensor 43 zum Messen des Füllstands im Partikelauffang- behälter 44, einer Feinfilterstufe 41 und einem Gebläse 45. Wie mit den Pfeilen angedeutet wird, strömt Prozessgas G aus der Prozesskammer 3 zum Vorfilter 42 und wird dort gefiltert, wobei bei einer Abreinigung des Vorfilters 42 in bestimmten Zeitabständen Filtrat (Partikel) in den Partikelauffangbehälter 44 abgeschieden wird. Anschließend durchströmt das vorgereinigte Prozessgas G die Feinfilterstufe 41, bevor es mittels des Gebläses 45 wieder in die Prozesskammer 3 zurückgeleitet wird. Ein solches Umluftfiltersystem 40 ist im Stand der Technik bekannt. Bei einem Riss oder Bruch in der Feinfilterstufe 41 , der nicht unbedingt bemerkt werden muss, können Verunreinigungen im Prozessgas G verbleiben, und wieder in die Prozesskammer 3 gelangen. Dadurch kann die Fertigung von Bauteilen 2 gefährdet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Beschädigung eines Filters frühzeitig bemerkt werden und es können automatisch Gegenmaßnahmen oder Warnungen eingeleitet werden.

Figur 4 zeigt eine Fertigungsvorrichtung 1 mit Umluftfiltersystem 40 und Partikelseparator 50. Aus der Fertigungsvorrichtung 1 (s. z.B. Figur 1) wird Prozessgas G als Rohgas, also mit Verunreinigungen beladen, durch einen Rohgasstrang 48 abgeführt (oberer Pfeil). Dabei strömt es an einer ersten Kontaminations-Messeinheit 18 vorbei (oben). Es kann nun direkt in eine Vorfilterstufe 42 geführt und dort gereinigt werden (gestrichelter Pfeil), in diesem Beispiel strömt es jedoch zunächst durch einen Partikelseparator 50, der mittels eines Zyklons Partikel aus dem Prozessgas G entfernt und diese in einem Partikelauffangbehälter 44 sammelt. Nun erst strömt das Prozessgas G durch die Vorfilterstufe 42 und eine Feinfilterstufe 41 durch einen Reingasstrang 49 zurück zur Prozesskammer 3 der Fertigungsvorrichtung 1. Dabei strömt es an einer zweiten Kontaminations-Messeinheit 18 vorbei (unten). Durch einfache Messungen mit der zweiten Kontaminations-Messeinheit 18 oder eine Vergleichsmessung beider Kontaminations-Messeinheiten 18 kann nun der Grad der Verschmutzung des durch den Reingasstrang 49 zurückgeführten Prozessgases G bestimmt und ggf. Maßnahmen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eingeleitet werden.

Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel könnte eine Verfestigung anstatt mit Laserlicht auch mit anderen Energiestrahlen erfolgen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können. Der Ausdruck "eine Anzahl" ist als "mindestens ein(e) " zu verstehen.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung zur additiven Fertigung / Fertigungsvorrichtung

2 Bauteil / Objekt

3 Prozessraum / Prozesskammer

4 Kammerwandung

5 Behälter

6 Behälterwandung

7 Arbeitsebene

8 Baufeld

9 Gasleitung

10 Träger

11 Grundplatte

12 Bauplattform

13 Aufbaumaterial (im Behälter 5)

14 Vorratsbehälter

15 Aufbaumaterial (im Vorratsbehälter 14)

16 Beschichter

17 Strahlungsheizung

18 Kontaminations-Messeinheit

20 Bestrahlungsvorrichtung / Belichtungsvorrichtung

21 Laser

22 Laserstrahl / Energiestrahl

23 Umlenkvorrichtung / Scanner

24 Fokussiereinrichtung

25 Einkoppelfenster

29 Steuereinheit

30 Steuereinrichtung

31 Bestrahlungssteuerschnittstelle

32 Auswerteeinheit

39 Terminal / Ausgabegerät

40 Umluftfiltersystem

41 Feinfilterstufe

42 Vorfilterstufe

43 Füllstandssensor

44 Partikelauffangbehälter 45 Gebläse

48 Rohgasstrang

49 Reingasstrang

50 Partikelseparator 60 Bus

A Verunreinigung

BS Steuerdaten / Belichtungssteuerdaten

G Prozessgas

H horizontale Richtung HS Heizungssteuerdaten

M Messwert

P Prozessparameter

PS Prozesssteuerdaten

ST Beschichtungssteuerdaten TS Trägersteuerdaten

V vertikale Richtung