DE102023201157A1 - Exposure strategy within cross sections - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Bereitstellung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrichtung (1) weist auf:einen ersten Schritt (S1) des Zugriffs auf Modelldaten einer Anzahl von Teilquerschnitten des herzustellenden Objekts, von denen jeder eine Teilfläche eines Objektquerschnitts sowie einen Abschnitt des Rands dieses Objektquerschnitts umfasst,einen zweiten Schritt (S2) des Erzeugens eines Datenmodells der Anzahl von Teilquerschnitten, wobei in dem Datenmodell ein Abtasten der Stellen der Anzahl von Teilquerschnitten mit einer Anzahl von Strahlen (22) entlang einer Mehrzahl von Trajektorien (54) in der Schichtebene (7) spezifiziert ist,wobei in mindestens einem der Teilquerschnitte eine Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt ist, dass als Erstes eine Starttrajektorie abgetastet wird, wobei zumindest ein Punkt der Starttrajektorie vom Rand des Objektquerschnitts dergestalt beabstandet ist, dass mindestens eine weitere Trajektorie zwischen dem zumindest einen Punkt und dem Rand liegt, undeinen dritten Schritt (S3), in dem Steuerdaten für die Generierung eines Steuerdatensatzes bereitgestellt werden.A method for providing control data for an additive manufacturing device (1) comprises: a first step (S1) of accessing model data of a number of partial cross-sections of the object to be manufactured, each of which comprises a partial area of an object cross-section and a section of the edge of this object cross-section, a second step (S2) of generating a data model of the number of partial cross-sections, wherein in the data model a scanning of the locations of the number of partial cross-sections with a number of rays (22) along a plurality of trajectories (54) in the layer plane (7) is specified, wherein in at least one of the partial cross-sections an order of scanning of the trajectories is defined such that a start trajectory is scanned first, wherein at least one point of the start trajectory is spaced from the edge of the object cross-section such that at least one further trajectory lies between the at least one point and the edge, and a third step (S3) in which control data for the Generation of a tax data record.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrichtung, ein entsprechend angepasstes Verfahren und eine entsprechend angepasste Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung, ein entsprechend angepasstes additives Herstellverfahren und eine entsprechend angepasste additive Herstellvorrichtung und ein entsprechend angepasstes Computerprogramm.The present invention relates to a method and a device for providing control data for an additive manufacturing device, a correspondingly adapted method and a correspondingly adapted device for controlling an energy input device of an additive manufacturing device, a correspondingly adapted additive manufacturing method and a correspondingly adapted additive manufacturing device and a correspondingly adapted computer program.
Additive Herstellvorrichtungen und zugehörige Verfahren, auf die sich die Erfindung bezieht, sind allgemein dadurch charakterisiert, dass in ihnen Objekte durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials (z.B. eines Metall- oder Kunststoffpulvers) Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann beispielsweise durch Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial mittels Bestrahlens desselben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung (z.B. Lasersintern (SLS oder DMLS) oder Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen) herbeigeführt werden. Beispielsweise beim Lasersintern oder Laserschmelzen wird ein Laserstrahl über jene Stellen einer Schicht des Aufbaumaterials bewegt, die dem Objektquerschnitt des herzustellenden Objekts in dieser Schicht entsprechen, so dass an diesen Stellen das Aufbaumaterial verfestigt wird. Nachdem an einer Stelle das Aufbaumaterial durch die Zufuhr von Wärmeenergie aufgeschmolzen bzw. gesintert wurde, liegt nach dem Abkühlen das Aufbaumaterial nicht mehr in formlosem Zustand, sondern als Festkörper vor. Nachdem alle zu verfestigenden Stellen eines Objektquerschnitts abgetastet wurden, wird eine neue Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht und ebenfalls an den dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht entsprechenden Stellen verfestigt.Additive manufacturing devices and associated methods to which the invention relates are generally characterized in that objects are produced in them by solidifying a shapeless building material (e.g. a metal or plastic powder) layer by layer. Solidification can be brought about, for example, by supplying thermal energy to the building material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation (e.g. laser sintering (SLS or DMLS) or laser melting or electron beam melting). For example, in laser sintering or laser melting, a laser beam is moved over those points in a layer of the building material that correspond to the object cross-section of the object to be produced in this layer, so that the building material is solidified at these points. After the building material has been melted or sintered at one point by supplying thermal energy, the building material is no longer in a shapeless state after cooling, but as a solid body. After all the areas of an object cross-section that are to be solidified have been scanned, a new layer of the build-up material is applied and also solidified at the points corresponding to the cross-section of the object in this layer.
Die Erfinder konnten insbesondere bei Verwendung von metallhaltigen Aufbaumaterialien nach dem Verfestigen des Aufbaumaterials an den dem Objektquerschnitt entsprechenden Stellen einer Schicht unerwünschte Höhendifferenzen (Schwankungen der Schichtdicke) des verfestigten Aufbaumaterials beobachten. Solche Inhomogenitäten erschweren die Herstellung von Objekten mit hoher Präzision und beeinträchtigen den Herstellvorgang. Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Generierung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrichtung, ein entsprechend angepasstes Verfahren und eine entsprechend angepasste Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung, ein entsprechend angepasstes additives Herstellverfahren und eine entsprechend angepasste additive Herstellvorrichtung und ein entsprechend angepasstes Computerprogramm bereitzustellen, durch welche Objekte mit verbesserter Detailauflösung durch einen zuverlässigeren additiven Herstellvorgang erhalten werden können.The inventors were able to observe undesirable height differences (fluctuations in layer thickness) of the solidified building material at the points of a layer corresponding to the object cross-section, particularly when using metal-containing building materials, after the building material had solidified. Such inhomogeneities make it difficult to produce objects with high precision and impair the manufacturing process. The object of the invention is therefore to provide a method and a device for generating control data for an additive manufacturing device, a correspondingly adapted method and a correspondingly adapted device for controlling an energy input device of an additive manufacturing device, a correspondingly adapted additive manufacturing method and a correspondingly adapted additive manufacturing device and a correspondingly adapted computer program, by means of which objects with improved detail resolution can be obtained through a more reliable additive manufacturing process.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bereitstellung von Steuerdaten nach Anspruch 1, eine entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 12, ein entsprechend angepasstes Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung nach Anspruch 13, ein entsprechend angepasstes additives Herstellverfahren nach Anspruch 14, eine entsprechend angepasste Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung nach Anspruch 15, eine entsprechend angepasste additive Herstellvorrichtung nach Anspruch 16 und ein entsprechend angepasstes Computerprogramm nach Anspruch 17.The object is achieved by a method for providing control data according to
Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch durch untenstehende bzw. in den abhängigen Ansprüchen ausgeführte Merkmale der erfindungsgemäßen Verfahren weitergebildet sein und umgekehrt. Ferner können die im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Merkmale auch zur Weiterbildung einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt werden, selbst wenn dies nicht explizit angegeben wird.Further developments of the invention are claimed in the dependent claims. In particular, a device according to the invention can also be further developed by features of the methods according to the invention set out below or in the dependent claims, and vice versa. Furthermore, the features described in connection with a device according to the invention can also be used to further develop another device according to the invention, even if this is not explicitly stated.
Ein erfindungsgemäßes computergestütztes Verfahren zur Bereitstellung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben,
wobei die additive Herstellvorrichtung so ausgelegt ist, dass Objekte mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt werden durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Schichtebene mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu jenen Stellen in jeder Schicht, die einem Objektquerschnitt in dieser Schicht zugeordnet sind, weist auf:
- einen ersten Schritt (S1) des Zugriffs auf computerbasierte Modelldaten einer Anzahl von Teilquerschnitten des herzustellenden Objekts, von denen jeder eine Teilfläche eines Objektquerschnitts sowie einen Abschnitt des Rands dieses Objektquerschnitts umfasst,
- einen zweiten Schritt (S2) des Erzeugens eines Datenmodells der Anzahl von Teilquerschnitten, wobei in dem Datenmodell ein Abtasten der Stellen der Anzahl von Teilquerschnitten mit einer Anzahl von Strahlen entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Schichtebene spezifiziert ist,
- wobei in mindestens einem der Anzahl von Teilquerschnitten eine Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt ist, dass als Erstes eine Starttrajektorie abgetastet wird, wobei zumindest ein Punkt der Starttrajektorie vom Rand des Objektquerschnitts in der Schichtebene dergestalt beabstandet ist, dass mindestens eine weitere Trajektorie zwischen dem zumindest einen Punkt und dem Rand liegt, bevorzugt mindestens zwei weitere Trajektorien zwischen dem zumindest einen Punkt und dem Rand liegen, und
- einen dritten Schritt (S3), in dem Steuerdaten entsprechend dem im zweiten Schritt (S2) erzeugten Datenmodell für die Generierung eines Steuerdatensatzes für die Herstellung des Objekts mittels der additiven Herstellvorrichtung bereitgestellt werden.
wherein the additive manufacturing device is designed such that objects are manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer upon layer and solidifying the building material in a layer plane by supplying radiant energy to those locations in each layer which are associated with an object cross-section in that layer, comprises:
- a first step (S1) of accessing computer-based model data of a number of partial cross-sections of the object to be manufactured, each of which comprises a partial area of an object cross-section and a portion of the edge of this object cross-section,
- a second step (S2) of generating a data model of the number of partial cross-sections, wherein the data model specifies scanning of the locations of the number of partial cross-sections with a number of rays along a plurality of trajectories in the layer plane,
- wherein in at least one of the number of partial cross-sections, an order of scanning of the trajectories is determined such that a start trajectory is scanned first, wherein at least one point of the start trajectory is spaced from the edge of the object cross-section in the layer plane such that at least one further trajectory lies between the at least one point and the edge, preferably at least two further trajectories lie between the at least one point and the edge, and
- a third step (S3) in which control data corresponding to the data model generated in the second step (S2) are provided for the generation of a control data set for the production of the object by means of the additive manufacturing device.
Das Verfahren kann insbesondere vollständig durch einen Computer ausgeführt werden, der alle Verfahrensschritte selbständig ohne Eingriff eines Bedieners ausführt. In particular, the method can be carried out entirely by a computer which carries out all process steps independently without the intervention of an operator.
Additive Herstellvorrichtungen und -verfahren, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind insbesondere solche, bei denen Energie als elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung selektiv einer Schicht eines formlosen Aufbaumaterials zugeführt wird. Die Arbeitsebene (auch als Bauebene bezeichnet) ist dabei eine Ebene, in der die Oberseite der Schicht liegt, welcher die Energie zugeführt wird und wird hier auch als Schichtebene bezeichnet. Hierbei kann die Strahlungsenergie beispielsweise durch einen Laser oder eine Elektronenstrahlquelle erzeugt werden, wobei auch eine Mehrzahl von Strahlungsquellen und/oder Strahlen zum Einsatz kommen kann. Die dem Aufbaumaterial zugeführte Strahlung erwärmt dieses und bewirkt dadurch einen Sinter- oder Schmelzvorgang. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Lasersinter-, Laserschmelz- und Elektronenstrahlschmelzvorrichtungen sowie die zugehörigen Verfahren. Obwohl die Erfindung sowohl in Zusammenhang mit kunststoffbasiertem Aufbaumaterial als auch in Zusammenhang mit metallbasiertem Aufbaumaterial angewendet werden kann, ist eine Anwendung der Erfindung in Zusammenhang mit additiven Herstellverfahren und -vorrichtungen, bei denen ein metallenes oder zumindest metallhaltiges Aufbaumaterial verwendet wird, beispielsweise ein Metallpulver oder Metalllegierungspulver, von besonderem Vorteil. Insbesondere kann die Erfindung auch in Zusammenhang mit einer Kombination aus einem metallbasierten Aufbaumaterial und einem kunststoffbasierten Aufbaumaterial angewendet werden, wobei eine Kombination aus einer Mischung zwischen einem metallbasierten und einem kunststoffbasierten Aufbaumaterial besteht, wobei optional zusätzlich auch noch weitere Komponenten enthalten sein können. Beispielweise kann ein Aufbaumaterial pulverförmig sein und insbesondere die Pulverkörnchen aus einem metallhaltigen Kern und einer kunststoffhaltigen Beschichtung (oder umgekehrt) bestehen.Additive manufacturing devices and methods to which the present invention relates are in particular those in which energy is selectively supplied to a layer of a formless building material as electromagnetic radiation or particle radiation. The working plane (also referred to as the building plane) is a plane in which the top side of the layer to which the energy is supplied lies and is also referred to here as the layer plane. The radiation energy can be generated, for example, by a laser or an electron beam source, although a plurality of radiation sources and/or beams can also be used. The radiation supplied to the building material heats it and thereby causes a sintering or melting process. In particular, the present invention relates to laser sintering, laser melting and electron beam melting devices and the associated methods. Although the invention can be used both in connection with plastic-based building material and in connection with metal-based building material, an application of the invention in connection with additive manufacturing methods and devices in which a metallic or at least metal-containing building material is used, for example a metal powder or metal alloy powder, is of particular advantage. In particular, the invention can also be used in connection with a combination of a metal-based building material and a plastic-based building material, wherein a combination consists of a mixture between a metal-based and a plastic-based building material, wherein optionally additionally further components can also be included. For example, a building material can be powdery and in particular the powder grains can consist of a metal-containing core and a plastic-containing coating (or vice versa).
Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass mittels einer erfindungsgemäßen additiven Herstellvorrichtung nicht nur ein Objekt, sondern auch mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden können. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von der Herstellung eines Objekts die Rede ist, dann versteht es sich, dass die jeweilige Beschreibung in gleicher Weise auch auf additive Herstellverfahren und -vorrichtungen anwendbar ist, bei denen mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden.It should be noted at this point that not only one object but also several objects can be produced simultaneously using an additive manufacturing device according to the invention. When the present application refers to the production of an object, it is understood that the respective description is equally applicable to additive manufacturing methods and devices in which several objects are produced simultaneously.
Der Begriff „Strahl“ soll hier nicht zum Ausdruck bringen, dass der Durchmesser des Strahls sehr klein sein muss. Vielmehr kann die Strahlauftrefffläche auf dem Aufbaumaterial (in der Bauebene bzw. Schichtebene) auch einen größeren Durchmesser aufweisen, insbesondere wenn die Strahlung schräg auf das Aufbaumaterial auftrifft oder aber durch Strahlformung bewusst eine größere Strahlauftrefffläche beim Auftreffen auf das Aufbaumaterial erzeugt wird.The term "beam" is not intended to express that the diameter of the beam must be very small. Rather, the beam impact area on the build material (in the build plane or layer plane) can also have a larger diameter, especially if the radiation hits the build material at an angle or if a larger beam impact area is deliberately created when it hits the build material by beam shaping.
Eine in einem Datenmodell spezifizierte Trajektorie eines Strahls gibt eine Spur eines Strahls in der Bauebene beim Richten des Strahls auf das Aufbaumaterial vor. Damit wird in dem Datenmodell spezifiziert, an welchen Orten (zu verfestigenden Stellen) ein Strahl auf die Schichtebene auftreffen soll und in welcher zeitlichen Reihenfolge die Orte in der Schichtebene abgetastet werden sollen. Als Trajektorie wird in dem Zusammenhang der Erfindung eine Bahn definiert, die einen vordefinierten Richtungsverlauf aufweist, der durch eine einzelne konkrete mathematische Funktion beschreibbar ist. Ändert sich die Richtung der Bahn, beispielsweise durch einen Vorzeichenwechsel der Kurve (also eine Richtungsumkehr), so handelt es sich um eine neue Trajektorie, die durch die andersartige Funktion von der zuvor mathematisch beschriebenen Trajektorie abgrenzbar ist. Entlang des Verlaufs der Trajektorie kann der Strahl auf das Aufbaumaterial gerichtet werden, es kann aber entlang der Trajektorie auch Orte geben, an denen der Strahl ausgeschaltet bzw. pausiert wird. Mit anderen Worten, die Strahlungsquelle muss beim Abfahren eines Scanners entlang der Trajektorie nicht zwangsläufig dauerhaft aktiviert sein.A trajectory of a beam specified in a data model specifies a track of a beam in the construction plane when the beam is directed at the construction material. The data model thus specifies at which locations (places to be solidified) a beam should hit the layer plane and in which chronological order the locations in the layer plane should be scanned. In the context of the invention, a trajectory is defined as a path that has a predefined directional course that can be described by a single, concrete mathematical function. If the direction of the path changes, for example due to a change in the sign of the curve (i.e. a reversal of direction), this is a new trajectory that can be distinguished from the previously mathematically described trajectory by the different function. Along the course of the trajectory, the beam can be directed at the construction material, but there can also be locations along the trajectory where the beam is switched off. or paused. In other words, the radiation source does not necessarily have to be permanently activated when a scanner moves along the trajectory.
Beim Abtasten der zu verfestigenden Stellen einer Schicht wird manchmal zwischen einem Innenbereich und einem Randbereich (oftmals eine Randlinie, deren Breite in grober Näherung in etwa dem Durchmesser der Strahlauftrefffläche auf das Aufbaumaterial in der Bauebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des Strahls entspricht) eines Objektquerschnitts unterschieden. Dabei wird die Innenbereichsfläche durch Bewegen des Strahls entlang meist zueinander im Wesentlichen paralleler Trajektorien verfestigt. Die Fläche wird sozusagen schraffiert (englisch: „hatching“), weshalb die einzelnen Trajektorien auch als „Hatchlinien“ bezeichnet werden. Insbesondere wird in der vorliegenden Anmeldung oftmals der Begriff „Trajektorie“ synonym zu „Hatchlinie“ bzw. Scanlinie verwendet, auch wenn streng genommen sich eine Trajektorie auf eine in den Steuerdaten spezifizierte Linie (der Breite Null) bezieht und eine „Hatchlinie“ bzw. Scanlinie sich auf eine Spur in der Bauebene (mit einer von Null verschiedenen Breite, die in grober Näherung in etwa dem Durchmesser der Strahlauftrefffläche auf das Aufbaumaterial in der Bauebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des Strahls entspricht) bezieht. Um die von Null verschiedenen Breiten der Schmelzpuren in der Bauebene zu berücksichtigen, sind die Trajektorien bzw. Hatchlinien in dem Datenmodell voneinander beabstandet, so dass ein gleichmäßiger lückenloser Energieeintrag in das Aufbaumaterial bei einer Abtastung desselben ermöglicht wird. Im Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Hatchlinien als Geraden ausgebildet sind.When scanning the areas of a layer to be solidified, a distinction is sometimes made between an inner area and an edge area (often an edge line whose width roughly corresponds to the diameter of the beam impact area on the build material in the build plane perpendicular to the direction of movement of the beam) of an object cross-section. The inner area is solidified by moving the beam along trajectories that are usually essentially parallel to one another. The area is hatched, so to speak, which is why the individual trajectories are also referred to as "hatch lines". In particular, in the present application, the term "trajectory" is often used synonymously with "hatch line" or scan line, even if strictly speaking a trajectory refers to a line specified in the control data (of zero width) and a "hatch line" or scan line refers to a track in the build plane (with a width other than zero, which roughly corresponds to the diameter of the beam impact surface on the build material in the build plane perpendicular to the direction of movement of the beam). In order to take into account the non-zero widths of the melt tracks in the build plane, the trajectories or hatch lines are spaced apart from one another in the data model, so that a uniform, gap-free energy input into the build material is possible when scanning the same. Within the scope of the invention, it is preferred that the hatch lines are designed as straight lines.
Der Randbereich (auch als Konturbereich bezeichnet) eines Objektquerschnitts wird in der Regel durch Verfahren eines Strahls entlang des Verlaufs des Randbereichs verfestigt. Bei den Trajektorien, auf die sich die vorliegende Anmeldung bezieht, handelt es sich demgegenüber um beim Abtasten eines Innenbereichs eines Objektquerschnitts durchlaufene Linien. Eine Abtastung eines Randbereiches des Objektquerschnitts kann entweder vor oder nach dem Abtasten des Innenbereichs erfolgen oder aber auch, insbesondere wenn für die Abtastung des Randbereichs ein anderer Strahl als jener für die Abtastung des Innenbereichs verwendet wird, mit zeitlicher Überschneidung zur Abtastung des Innenbereichs erfolgen.The edge region (also referred to as the contour region) of an object cross-section is generally solidified by moving a beam along the course of the edge region. The trajectories to which the present application refers, on the other hand, are lines traversed when scanning an inner region of an object cross-section. A scanning of an edge region of the object cross-section can take place either before or after scanning the inner region or, particularly if a different beam than that used for scanning the inner region is used for scanning the edge region, it can take place with a temporal overlap with the scanning of the inner region.
Die computerbasierten Modelldaten, auf die im ersten Schritt zugegriffen wird, enthalten eine geometrische Beschreibung des (Teilquerschnitts des) Objekts, also insbesondere ein dreidimensionales CAD-Modell, wobei es jedoch auch noch andere Möglichkeiten der geometrischen Beschreibung gibt, z.B. eine Beschreibung mittels eines Parametersatzes und einer Konstruktionsvorschrift. Wichtig ist in diesem Zusammenhang nur, dass durch die Modelldaten die geometrische Gestalt zumindest eines Teilquerschnitts eines herzustellenden Objekts, dem eine Schicht des Aufbaumaterials, bevorzugt genau eine Schicht, zugeordnet ist, beschrieben wird.The computer-based model data, which is accessed in the first step, contains a geometric description of the (partial cross-section of the) object, i.e. in particular a three-dimensional CAD model, although there are also other possibilities for geometric description, e.g. a description using a set of parameters and a design specification. In this context, it is only important that the model data describe the geometric shape of at least one partial cross-section of an object to be manufactured, to which a layer of the construction material, preferably exactly one layer, is assigned.
Auch wenn der zweite Schritt auf die Erzeugung eines Datenmodells eines Teilquerschnitts Bezug nimmt, so versteht es sich, dass auch ein Datenmodell erzeugt werden kann, das sich auf eine Mehrzahl von Teilquerschnitten bezieht, also für mindestens einen, bevorzugt eine Mehrzahl, besonders bevorzugt alle dieser Teilquerschnitte ein erfindungsgemäßes Abtasten von Orten des Teilquerschnitts mit einer Anzahl von Strahlen entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Schichtebene spezifiziert. Voraussetzung hierfür ist, dass im ersten Schritt auf die entsprechenden computerbasierten Modelldaten dieser Teilquerschnitte zugegriffen wird. Dabei umfasst die Erfindung Datenmodelle, bei denen die Anzahl der Teilquerschnitte der gleichen Aufbaumaterialschicht zugeordnet ist. Insbesondere können aber auch Datenmodelle erzeugt werden, die sich auf eine Mehrzahl von Teilquerschnitten beziehen, welche unterschiedlichen Aufbaumaterialschichten zugeordnet sind. Gegebenenfalls kann auch ein Datenmodell des gesamten Objekts erzeugt werden.Even if the second step refers to the generation of a data model of a partial cross-section, it is understood that a data model can also be generated that relates to a plurality of partial cross-sections, i.e. for at least one, preferably a plurality, particularly preferably all of these partial cross-sections, specifies an inventive scanning of locations of the partial cross-section with a number of rays along a plurality of trajectories in the layer plane. The prerequisite for this is that the corresponding computer-based model data of these partial cross-sections is accessed in the first step. The invention includes data models in which the number of partial cross-sections is assigned to the same building material layer. In particular, however, data models can also be generated that relate to a plurality of partial cross-sections that are assigned to different building material layers. If necessary, a data model of the entire object can also be generated.
Ein Teilquerschnitt eines Objekts ist hier definiert als Teilbereich (Teilfläche) eines Querschnitts eines Objekts, dem während der additiven Herstellung eine Schicht des Aufbaumaterials zugeordnet ist. Dabei ist dieser Teilbereich zusätzlich noch dadurch gekennzeichnet, dass er einen Abschnitt des Rands eines Objektquerschnitts umfasst, also an nicht zu verfestigende Stellen in der Schichtebene außerhalb des Objektquerschnitts angrenzt. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist ein erfindungsgemäßer Teilquerschnitt zumindest überwiegend durch nicht zu verfestigendes Aufbaumaterial von den übrigen Bereichen des gesamten Objektquerschnitts getrennt. Dies bedeutet, dass der Rand eines dem Teilquerschnitt zugeordneten Bereichs einer Aufbaumaterialschicht mit zumindest 50%, bevorzugt mit zumindest 75%, noch weiter bevorzugt mit zumindest 95% seiner Länge, besonders bevorzugt mit 100% seiner Länge, an nicht zu verfestigendes Aufbaumaterial grenzt. Wenn ein Teilquerschnitt nicht mit seinem gesamten Rand an nicht zu verfestigende Stellen in der Schichtebene grenzt, dann kann die Gestalt und Lage der Teilquerschnitte in der Schichtebene entweder von einem Ausführenden des Verfahrens, beispielsweise durch Abänderung der computerbasierten Modelldaten, vorgegeben werden oder aber vollautomatisch definiert werden. Bei einer automatischen Definition der Gestalt und Lage der Teilquerschnitte kann z.B. eine Teilfläche eines Objektquerschnitts, die sich von den übrigen Bereichen des gesamten Objektquerschnitts durch zumindest eine geometrische Eigenschaft (bspw. ihre geometrische Gestalt und/oder die Orientierung ihrer geometrischen Gestalt in der Schichtebene) unterscheidet, als Teilquerschnitt definiert werden. Insbesondere kann ein Teilquerschnitt auch den gesamten Querschnitt eines herzustellenden Objekts umfassen, jedoch nur dann, wenn der gesamte Querschnitt nicht in voneinander getrennte Teilbereiche (Teilflächen) zerfällt (wenn er also in mathematischem Sinne wegzusammenhängend ist).A partial cross-section of an object is defined here as a partial area (partial surface) of a cross-section of an object to which a layer of the building material is assigned during additive manufacturing. This partial area is additionally characterized in that it comprises a section of the edge of an object cross-section, i.e. borders on areas in the layer plane outside the object cross-section that are not to be solidified. In a preferred embodiment of the invention, a partial cross-section according to the invention is at least predominantly separated from the other areas of the entire object cross-section by building material that is not to be solidified. This means that the edge of an area of a building material layer assigned to the partial cross-section borders on building material that is not to be solidified with at least 50%, preferably with at least 75%, even more preferably with at least 95% of its length, particularly preferably with 100% of its length. If a partial cross-section does not border with its entire edge on areas in the layer plane that are not to be consolidated, the shape and position of the partial cross-sections in the layer plane can either be specified by an operator of the process, for example by modifying the computer-based model data, or can be defined fully automatically. For example, by automatically defining the shape and position of the partial cross-sections, a partial area of an object cross-section that differs from the other areas of the entire object cross-section by at least one geometric property (e.g. its geometric shape and/or the orientation of its geometric shape in the layer plane) can be defined as a partial cross-section. In particular, a partial cross-section can also include the entire cross-section of an object to be produced, but only if the entire cross-section does not break down into separate partial areas (partial areas) (i.e. if it is path-connected in a mathematical sense).
Es sei noch bemerkt, dass ein erfindungsgemäßer Teilquerschnitt nur eine Fläche mit einer Mindestausdehnung in jeder Richtung in der Schichtebene sein kann. Die Mindestausdehnung ist bevorzugt zumindest das Dreifache, weiter bevorzugt zumindest das Fünffache des Abstands benachbarter Trajektorien voneinander, die zur Verfestigung des Teilquerschnitts durchlaufen werden.It should also be noted that a partial cross-section according to the invention can only be a surface with a minimum extent in each direction in the layer plane. The minimum extent is preferably at least three times, more preferably at least five times the distance between adjacent trajectories that are traversed to solidify the partial cross-section.
Ferner sei noch bemerkt, dass die Erfindung unabhängig davon von Vorteil ist, in welcher Weise Teilquerschnitte innerhalb eines (weg-zusammenhängenden) Objektquerschnitts definiert werden.Furthermore, it should be noted that the invention is advantageous regardless of the manner in which partial cross-sections are defined within a (path-connected) object cross-section.
Eine Starttrajektorie ist vorliegend als jene Trajektorie definiert, die bei der Abtastung eines Teilquerschnitts zeitlich als Erstes durchlaufen wird.A start trajectory is defined here as the trajectory that is traversed first in time when scanning a partial cross-section.
Ein Abstand der Starttrajektorie vom Rand des Teilquerschnitts in der Schichtebene ist vorliegend so definiert, dass an zumindest einem Punkt der Starttrajektorie mindestens eine weitere Trajektorie zwischen der Starttrajektorie und dem Rand liegt, bevorzugt mindestens zwei weitere Trajektorien zwischen der Starttrajektorie und dem Rand liegen. Weiter bevorzugt wird dabei der Abstand eines Punktes der Starttrajektorie vom Rand in einer Richtung senkrecht zum Verlauf der Starttrajektorie durch den Punkt ermittelt. Insbesondere kann es sich bei dem Punkt um den Startpunkt der Starttrajektorie handeln, also jenen Punkt der Starttrajektorie, der die Stelle in der Bauebene spezifiziert, auf die beim Abtasten der Starttrajektorie der Strahl als Erstes gerichtet wird. Dem Startpunkt entspricht dann eine zweidimensionale Fläche in der Bauebene bzw. Schichtebene, die im Wesentlichen so groß ist wie die Auftrefffläche des Strahls auf der Bauebene.A distance of the starting trajectory from the edge of the partial cross-section in the layer plane is defined in the present case such that at least one further trajectory lies between the starting trajectory and the edge at at least one point of the starting trajectory, preferably at least two further trajectories lie between the starting trajectory and the edge. The distance of a point of the starting trajectory from the edge is further preferably determined in a direction perpendicular to the course of the starting trajectory through the point. In particular, the point can be the starting point of the starting trajectory, i.e. the point of the starting trajectory that specifies the point in the construction plane to which the beam is first directed when scanning the starting trajectory. The starting point then corresponds to a two-dimensional area in the construction plane or layer plane that is essentially as large as the impact area of the beam on the construction plane.
Bevorzugt liegt an mindestens 25% der Punkte der Starttrajektorie, denen bevorzugt der Startpunkt angehört, weiter bevorzugt mindestens 50% der Punkte der Starttrajektorie, noch weiter bevorzugt mindestens 75% der Punkte der Starttrajektorie, denen bevorzugt der Startpunkt angehört, noch weiter bevorzugt an allen Punkten der Starttrajektorie, mindestens eine weitere Trajektorie zwischen der Starttrajektorie und dem Rand, bevorzugt mindestens zwei weitere Trajektorien.Preferably, at least 25% of the points of the start trajectory to which the start point preferably belongs, more preferably at least 50% of the points of the start trajectory, even more preferably at least 75% of the points of the start trajectory to which the start point preferably belongs, even more preferably at all points of the start trajectory, there is at least one further trajectory between the start trajectory and the edge, preferably at least two further trajectories.
Der Steuerdatensatz kann als Gesamtheit aller für die Steuerung des Herstellungsvorgangs in einer additiven Herstellvorrichtung vorgegebenen Steuerdaten angesehen werden. Die auf eine einzelne Schicht bezogenen Steuerdaten werden dabei üblicherweise als Schichtdatensatz bezeichnet. In der vorliegenden Anmeldung wird insbesondere angenommen, dass ein Schichtdatensatz ein Datenmodell von während des Herstellungsverfahrens in einer Schicht mittels eines oder mehrerer Strahlen zu verfestigenden Stellen eines Objektquerschnitts oder Objektteilquerschnitts enthält. Darüber hinaus können noch weitere Informationen hinsichtlich der Herstellung des Objektquerschnitts enthalten sein, insbesondere die zeitliche Reihenfolge, in der einem Objektquerschnitt oder Objektteilquerschnitt entsprechende Stellen zu verfestigen sind durch Spezifizierung von Scanlinien bzw. Trajektorien, entlang derer der Strahl bewegt werden soll, eine zeitliche Reihenfolge der Abtastung einer Mehrzahl von Scanlinien bzw. Trajektorien oder z. B. die Schichtdicke oder Bestrahlungsparameterwerte, wie beispielsweise der Durchmesser oder die Verfahrgeschwindigkeit eines auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahls, etc.The control data set can be viewed as the totality of all control data specified for controlling the manufacturing process in an additive manufacturing device. The control data relating to an individual layer is usually referred to as a layer data set. In the present application, it is assumed in particular that a layer data set contains a data model of locations of an object cross-section or partial object cross-section to be solidified in a layer by means of one or more beams during the manufacturing process. In addition, further information regarding the production of the object cross-section can be included, in particular the temporal sequence in which locations corresponding to an object cross-section or partial object cross-section are to be solidified by specifying scan lines or trajectories along which the beam is to be moved, a temporal sequence of scanning a plurality of scan lines or trajectories or, for example, the layer thickness or irradiation parameter values, such as the diameter or travel speed of a beam striking the build-up material, etc.
Die erfindungsgemäße Bereitstellung von Steuerdaten erlaubt die Erzielung gleichförmigerer Dicken der verfestigten Aufbaumaterialschichten bei einem schichtweisen additiven Herstellverfahren. Dies erlaubt zum Einen die Herstellung von Objekten mit präziseren Abmessungen senkrecht zu den Schichtebenen (in der Regel als z-Richtung bezeichnet), zum Anderen wird dadurch eine Beeinträchtigung des Schichtauftrags durch aus einer bereits verfestigten Schicht nach oben hervorstehende Erhöhungen, diese könnten unter Umständen mit einem Beschichtungselement kollidieren, vermieden.The provision of control data according to the invention allows the achievement of more uniform thicknesses of the solidified building material layers in a layer-by-layer additive manufacturing process. On the one hand, this allows the production of objects with more precise dimensions perpendicular to the layer planes (usually referred to as the z-direction), and on the other hand, this avoids impairment of the layer application due to elevations protruding upwards from an already solidified layer, which could potentially collide with a coating element.
Die Erfinder erklären sich die erzielten Verbesserungen folgendermaßen:
- Dort wo ein Strahl auf das Aufbaumaterial auftrifft, bildet sich ein Schmelzbad aus Bei der Bewegung des Strahls entlang einer Trajektorie bewegt sich dieses Schmelzbad im Aufbaumaterial, so dass eine Schmelzspur generiert wird, die nach Erstarren eine Verfestigungsbahn bestehend aus verfestigtem Aufbaumaterial darstellt. Aufgrund der Oberflächenspannung, die sich an der Oberfläche des Schmelzbads bildet, wird unverfestigtes Aufbaumaterial aus dem Bereich in der Nähe des Schmelzbads ins Schmelzbad selbst gezogen. Außerdem wird verschmolzenes (noch nicht erstarrtes) Aufbaumaterial von der Schmelzspur in die Richtung des ersten Auftreffpunkts des Strahls gezogen, solange dort ein Schmelzbad weiter entsteht. Beim ersten Auftreffen des Strahls auf eine aufgetragene Aufbaumaterialschicht steht dem Schmelzbad mehr Aufbaumaterial zur Verfügung, sodass der Aufbaumaterialtransport in die Auftreffposition bzw. in die erste Schmelzspur (wenn der Strahl entlang einer Trajektorie in der Bauebene bewegt wird) größer als der Aufbaumaterialtransport in die anderen Positionen ist. Dies führt zu einer Vermehrung des aufgeschmolzenen Materials und daraus resultierend zu einer Verdickung insbesondere der ersten Verfestigungsbahn in z-Richtung (im Folgenden werden auch die Begriffe „Aufbaumaterialansammlung“ und „Überhöhung“ verwendet, um entsprechend die Vermehrung des aufgeschmolzenen Materials und die Verdickung einer Verfestigungsbahn in z-Richtung zu beschreiben). Die nachfolgenden Verfestigungsbahnen sind in geringerem Maße verdickt (erhöht), da seitlich der entsprechenden Schmelzspuren weniger unverfestigtes Aufbaumaterial vorhanden ist. In den nachfolgenden Verfestigungsbahnen (bzw. in Positionen, die vom ersten Auftreffpunkt des Strahls bzw. von der ersten Verfestigungsbahn entfernt sind) ergibt sich also ein Aufbaumaterialmangel, weil Aufbaumaterial von diesen Verfestigungsbahnen (Positionen) zum ersten Auftreffpunkt des Strahls bzw. in die erste Verfestigungsbahn transportiert wurde. Wenn in den folgenden Schichten die Starttrajektorie, die wiederum vom Rand des zugehörigen Objekt(teil)querschnitts beabstandet ist, an anderer Stelle in der Bauebene liegt als in der/den vorangegangenen Schicht/en, dann kann darüberhinaus eine Überhöhung in vorangegangenen Schichten effizienter kompensiert werden.
- Where a beam hits the build-up material, a melt pool forms. When the beam moves along a trajectory, this melt pool moves in the build-up material, so that a melt track is generated, which after solidification represents a solidification path consisting of solidified build-up material. Due to the surface tension that forms on the surface of the melt pool, forms, unsolidified buildup material is drawn from the area near the melt pool into the melt pool itself. In addition, molten (not yet solidified) buildup material is drawn from the melt track in the direction of the first impact point of the jet as long as a melt pool continues to form there. When the jet first impacts an applied buildup material layer, more buildup material is available to the melt pool, so that the buildup material transport into the impact position or into the first melt track (if the jet is moved along a trajectory in the build plane) is greater than the buildup material transport into the other positions. This leads to an increase in the molten material and, as a result, to a thickening of the first solidification path in the z direction in particular (the terms "buildup material accumulation" and "superelevation" are also used below to describe the increase in molten material and the thickening of a solidification path in the z direction respectively). The subsequent solidification paths are thickened (raised) to a lesser extent because there is less unsolidified build-up material to the side of the corresponding melting tracks. In the subsequent solidification paths (or in positions that are away from the first point of impact of the beam or from the first solidification path), there is therefore a lack of build-up material because build-up material was transported from these solidification paths (positions) to the first point of impact of the beam or into the first solidification path. If in the following layers the starting trajectory, which in turn is spaced from the edge of the associated object (partial) cross-section, is located at a different point in the build plane than in the previous layer(s), then an over-raised area in previous layers can be compensated more efficiently.
Bevorzugt wird im zweiten Schritt (S2) ein Datenmodell zumindest eines Teilquerschnitts in einer ersten Aufbaumaterialschicht und zumindest eines Teilquerschnitts in einer darüberliegenden zweiten Aufbaumaterialschicht erzeugt und für den Teilquerschnitt in der zweiten Aufbaumaterialschicht eine Starttrajektorie gewählt, die höchstens teilweise, vorzugsweise gar nicht mit der Starttrajektorie für den Teilquerschnitt der ersten Aufbaumaterialschicht überlappt.Preferably, in the second step (S2), a data model of at least one partial cross-section in a first building material layer and at least one partial cross-section in an overlying second building material layer is generated and a starting trajectory is selected for the partial cross-section in the second building material layer, which at most partially, preferably not at all, overlaps with the starting trajectory for the partial cross-section of the first building material layer.
Ein Überlapp kann dann vorliegen, wenn die beiden Starttrajektorien sich in der Bauebene schneiden. Alternativ kann ein Überlapp dann vorliegen, wenn die beiden Starttrajektorien zumindest teilweise in der Bauebene deckungsgleich sind oder aber parallel zueinander und geringfügig gegeneinander in der Bauebene versetzt sind. Auch bei einem geringfügigen Versatz der Starttrajektorien in der Bauebene kann ein Überlapp vorliegen, da man berücksichtigen muss, dass den Trajektorien Spuren im Aufbaumaterial mit von Null verschiedener Breite entsprechen. Nimmt man an, dass der für eine Aufbaumaterialschicht spezifizierte Abstand der Trajektorien der Spurbreite im Aufbaumaterial entspricht, dann liegt also bereits ein Überlapp vor, wenn der Versatz der Starttrajektorien geringer als der mittlere Abstand der Trajektorien in einer der beiden Aufbaumaterialschichten, insbesondere der ersten Aufbaumaterialschicht, ist. Da in der Regel ein konstanter Wert für den Abstand der Trajektorien innerhalb einer Aufbaumaterialschicht vorgegeben wird, entspricht der mittlere Abstand in der Regel dem vorgegebenen konstanten Abstand.An overlap can occur if the two starting trajectories intersect in the build plane. Alternatively, an overlap can occur if the two starting trajectories are at least partially congruent in the build plane or parallel to each other and slightly offset from each other in the build plane. An overlap can also occur if the starting trajectories are slightly offset in the build plane, since it must be taken into account that the trajectories correspond to tracks in the build material with a width other than zero. If it is assumed that the distance between the trajectories specified for a build material layer corresponds to the track width in the build material, then an overlap already exists if the offset of the starting trajectories is less than the average distance between the trajectories in one of the two build material layers, in particular the first build material layer. Since a constant value is usually specified for the distance between the trajectories within a build material layer, the average distance usually corresponds to the specified constant distance.
Wenn die Starttrajektorie in der zweiten Aufbaumaterialschicht die Starttrajektorie in der ersten Aufbaumaterialschicht ohne einen seitlichen Versatz überdeckt, sollte bevorzugt eine Überdeckung (ein Überlapp) von maximal der Hälfte der Länge der Starttrajektorie in der ersten Aufbaumaterialschicht vorliegen, weiter bevorzugt eine Überdeckung von maximal 1/10, besonders bevorzugt eine Überdeckung von maximal 1/100 der Länge der Starttrajektorie in der ersten Aufbaumaterialschicht vorliegen. Da den Starttrajektorien jeweils eine Spur mit einer dem Trajektorienabstand entsprechenden Breite in der Aufbaumaterialschicht entspricht, kann man auch verkürzt sagen, dass die oben angegebenen Werte für die maximal überdeckte Länge der Starttrajektorie in der ersten Aufbaumaterialschicht den Werten für die maximal überdeckte Fläche der Starttrajektorie in der ersten Aufbaumaterialschicht entsprechen. Sofern ein seitlicher Versatz der beiden Starttrajektorien vorliegt, kann man entsprechend die überdeckte Fläche der Starttrajektorie in der ersten Aufbaumaterialschicht anhand der folgenden Gleichung berechnen:
Dabei wurde angenommen, dass der Versatz einen Wert zwischen Null und dem Trajektorienabstand hat. Damit kann man auch bei Vorliegen eines Versatzes der Starttrajektorien und allgemein bei beliebigem Verlauf der Starttrajektorien sagen, dass bevorzugt eine Überdeckung (ein Überlapp) von maximal der Hälfte der Fläche der Starttrajektorie in der ersten Aufbaumaterialschicht vorliegen sollte, weiter bevorzugt eine Überdeckung von maximal 1/10, besonders bevorzugt eine Überdeckung von maximal 1/100 der Fläche der Starttrajektorie in der ersten Aufbaumaterialschicht vorliegen sollte.It was assumed that the offset has a value between zero and the trajectory distance. This means that even if there is an offset of the starting trajectories and generally for any course of the starting trajectories, it can be said that preferably there should be an overlap of a maximum of half the area of the starting trajectory in the first building material layer, more preferably an overlap of a maximum of 1/10, particularly preferably an overlap of a maximum of 1/100 of the area of the starting trajectory in the first building material layer.
Bevorzugt ist der Startpunkt der Starttrajektorie in der zweiten Aufbaumaterialschicht gegenüber dem Startpunkt der Starttrajektorie in der ersten Aufbaumaterialschicht in der Bauebene seitlich um einen Betrag versetzt, der größer als der mittlere Abstand der Trajektorien in der ersten Aufbaumaterialschicht, bevorzugt größer als das Doppelte des mittleren Abstands der Trajektorien in der ersten Aufbaumaterialschicht, noch bevorzugter größer als Dreifache des mittleren Abstands der Trajektorien in der ersten Aufbaumaterialschicht ist. In der Regel wird für eine Aufbaumaterialschicht ein Abstand der Trajektorien zueinander spezifiziert, so dass der mittlere Abstand der Trajektorien einfach dem für die Aufbaumaterialschicht spezifizierten Abstand entspricht.Preferably, the starting point of the starting trajectory in the second building material layer is laterally offset from the starting point of the starting trajectory in the first building material layer in the building plane by an amount that is greater than the average distance between the trajectories in the first building material layer, preferably greater than twice the average distance between the trajectories in the first building material layer, even more preferably greater than three times the average distance between the trajectories in the first building material layer. As a rule, a distance between the trajectories is specified for a building material layer, so that the average distance between the trajectories simply corresponds to the distance specified for the building material layer.
Bei diesem Vorgehen wird ein Datenmodell einer Mehrzahl von Teilquerschnitten erzeugt, die unterschiedlichen Aufbaumaterialschichten zugeordnet sind.This procedure creates a data model of a plurality of partial cross-sections that are assigned to different building material layers.
Da es im Bereich der Starttrajektorie zu einer Überhöhung in der verfestigten Aufbaumaterialschicht kommt, können sich an den Stellen in der Bauebene, an denen die Bereiche der Starttrajektorien in unterschiedlichen Aufbaumaterialschichten übereinander liegen, hier reichen bereits wenige Schichten aus, die Überhöhungen addieren. Daraus resultierend könnte in einer oberen Schicht die Summe der Überhöhungen so groß sein, dass es beim Auftragen einer weiteren Aufbaumaterialschicht zu einer Kollision eines hierfür verwendeten Beschichterelements mit einer überhöhten Stelle kommt. Dies würde zu einem Abbruch des Bauvorgangs und eventuell sogar zu einer Beschädigung des Beschichterelements führen.Since there is an elevation in the solidified build-up material layer in the area of the starting trajectory, the elevations can add up at the points in the build plane where the areas of the starting trajectories in different build-up material layers lie on top of each other - just a few layers are enough here. As a result, the sum of the elevations in an upper layer could be so large that when another build-up material layer is applied, a coating element used for this purpose could collide with an elevated point. This would lead to the construction process being aborted and possibly even damage to the coating element.
Durch eine nicht vollständige Überlappung der Starttrajektorie in einer zweiten Aufbaumaterialschicht mit der Starttrajektorie in einer ersten Schicht kann in der zweiten Aufbaumaterialschicht eine Zunahme der aus der ersten Aufbaumaterialschicht resultierenden Überhöhung verhindert bzw. vermindert werden. Durch eine Kompensation der Überhöhungen bspw. in einer ersten und in einer zweiten Schicht kann weiterhin eine Beeinträchtigung des Herstellvorgangs bzw. einen Abbruch desselben vermieden werden.By not completely overlapping the starting trajectory in a second build material layer with the starting trajectory in a first layer, an increase in the elevation resulting from the first build material layer can be prevented or reduced in the second build material layer. By compensating for the elevations, for example in a first and a second layer, an impairment of the manufacturing process or an interruption of the same can also be avoided.
Weiter bevorzugt überlappen die Starttrajektorien in mehr als zwei aufeinanderfolgenden Aufbaumaterialschichten höchstens teilweise, noch weiter bevorzugt gar nicht, miteinander. Dadurch kommt es zu einer noch effizienteren Vermeidung von großen Überhöhungen.It is also preferred that the starting trajectories in more than two consecutive layers of building material overlap at most partially, and even more preferably not at all. This leads to an even more efficient avoidance of large overshoots.
Weiter bevorzugt wird die Starttrajektorie in dem Teilquerschnitt der zweiten Aufbaumaterialschicht so gewählt, dass sie einen anderen Abstand vom Rand des Objektquerschnitts in der Schichtebene aufweist als die Starttrajektorie in dem Teilquerschnitt der ersten Aufbaumaterialschicht, wobei der andere Abstand dadurch charakterisiert ist, dass eine andere Anzahl von weiteren Trajektorien zwischen der Starttrajektorie oder einem Punkt derselben und dem Rand liegt.Further preferably, the starting trajectory in the partial cross-section of the second building material layer is selected such that it has a different distance from the edge of the object cross-section in the layer plane than the starting trajectory in the partial cross-section of the first building material layer, wherein the other distance is characterized by the fact that a different number of further trajectories lie between the starting trajectory or a point thereof and the edge.
Besonders wenn die Lage und Orientierung der Teilquerschnitte in der ersten und zweiten Aufbaumaterialschicht einander sehr ähnlich sind, kann mit dieser Vorgehensweise dafür gesorgt werden, dass eine Starttrajektorie in einer ersten Aufbaumaterialschicht und eine Starttrajektorie in einer zweiten Aufbaumaterialschicht in der Bauebene versetzt sind. Dadurch wird ein Überlapp der Starttrajektorien minimiert bzw. ganz verhindert. Bevorzugt wird in der soeben beschriebenen Weise bei den Starttrajektorien in mehr als zwei aufeinanderfolgenden Aufbaumaterialschichten vorgegangen, wobei auch ein Abstand bezüglich einer anderen auf die erste Aufbaumaterialschicht folgenden Aufbaumaterialschicht abgeändert werden kann.Particularly when the position and orientation of the partial cross-sections in the first and second build material layers are very similar to one another, this procedure can ensure that a starting trajectory in a first build material layer and a starting trajectory in a second build material layer are offset in the build plane. This minimizes or completely prevents an overlap of the starting trajectories. Preferably, the start trajectories are carried out in the manner just described in more than two consecutive build material layers, whereby a distance with respect to another build material layer following the first build material layer can also be changed.
Weiter bevorzugt sind die Trajektorien in der zweiten Aufbaumaterialschicht gegenüber den Trajektorien in der ersten Aufbaumaterialschicht um einen Winkel verdreht, der von 0°, 90° und 270° verschieden ist.Further preferably, the trajectories in the second building material layer are rotated relative to the trajectories in the first building material layer by an angle that is different from 0°, 90° and 270°.
Die bevorzugten Winkel dienen dazu, effizient einen Zuwachs der Überhöhungen zu verringern, indem durch eine Verdrehung der Trajektorien in einer oberhalb der ersten Aufbaumaterialschicht liegenden Aufbaumaterialschicht eine Aufbaumaterialansammlung und ein Aufbaumaterialmangel im Vergleich zur ersten Aufbaumaterialschicht (oder einer anderen auf die erste Aufbaumaterialschicht folgenden Aufbaumaterialschicht) abgeändert wird.The preferred angles serve to efficiently reduce an increase in the superelevations by changing a build material accumulation and a build material deficiency in a build material layer located above the first build material layer compared to the first build material layer (or another build material layer following the first build material layer) by rotating the trajectories.
Die bevorzugten Winkel sind insbesondere in dem Fall anwendbar, in dem die erste und zweite Aufbaumaterialschicht unmittelbar übereinanderliegen. Falls möglich, kann auch ein Drehwinkel gewählt werden, durch den erreicht wird, dass die Starttrajektorie in der zweiten Aufbaumaterialschicht nicht die Starttrajektorie in der ersten Aufbaumaterialschicht überlappt. Generell gilt, dass bevorzugt ein Drehwinkel gewählt werden sollte, der, wenn von Schicht zu Schicht eine Verdrehung um diesen Winkel stattfindet, erst nach einer möglichst großen Anzahl von Schichten die Starttrajektorie in einer darüberliegenden Aufbaumaterialschicht mit der Starttrajektorie der ersten Aufbaumaterialschicht überlappt.The preferred angles are particularly applicable in the case where the first and second building material layers lie directly on top of one another. If possible, a rotation angle can also be selected which ensures that the starting trajectory in the second building material layer does not overlap the starting trajectory in the first building material layer. In general, a rotation angle should preferably be selected which, if a rotation by this angle takes place from layer to layer, only overlaps the starting trajectory in an overlying building material layer with the starting trajectory of the first building material layer after as many layers as possible.
Es sei noch angemerkt, dass die obigen Winkelangaben unabhängig von der Richtung, in der die Verdrehung stattfindet, gelten, obwohl bevorzugt die Drehrichtung stets die gleiche ist.It should be noted that the above angle specifications apply regardless of the direction in which the rotation takes place, although preferably the direction of rotation is always the same.
Weiter bevorzugt sind die Trajektorien in der zweiten Aufbaumaterialschicht gegenüber den Trajektorien in der ersten Aufbaumaterialschicht um einen Winkel verdreht, der größer als 90° ist und/oder kleiner als 270° ist.Further preferably, the trajectories in the second building material layer are rotated relative to the trajectories in the first building material layer by an angle that is greater than 90° and/or less than 270°.
Noch weiter bevorzugt ist der Winkel größer als 120° oder kleiner als 120°, bevorzugt größer als 100° und kleiner als 140°.Even more preferably, the angle is greater than 120° or less than 120°, preferably greater than 100° and less than 140°.
Der Wert von 120° ist ausgenommen, da bei einer Drehung um 120° von Schicht zu Schicht in der übernächsten auf die zweite Aufbaumaterialschicht folgenden Schicht wieder die gleiche Orientierung der Trajektorien in der Bauebene wie in der ersten Aufbaumaterialschicht vorliegen würde, was in der Regel unerwünscht ist.The value of 120° is excluded because a rotation of 120° from layer to layer in the layer after the second building material layer would again have the same orientation of the trajectories in the building plane as in the first building material layer, which is usually undesirable.
Für den bevorzugten Winkelbereich konnten besonders homogene Dicken der verfestigten Schichtbereiche erzielt werden. Insbesondere ist es innerhalb dieses Winkelbereichs möglich, dafür zu sorgen, dass die Trajektorien in den aufeinanderfolgenden Aufbaumaterialschichten möglichst heterogen, d.h. möglichst in verschiedenen Richtungen, verlaufen. Durch eine ausreichende Heterogenität der Trajektorien in den sukzessiven Aufbaumaterialschichten kann oftmals sichergestellt werden, dass erst nach einer möglichst großen Anzahl von Schichten die Starttrajektorie in einer folgenden Aufbaumaterialschicht mit der Trajektorie einer vorangegangenen Aufbaumaterialschicht überlappt. Dadurch ist es bei diesem Winkelbereich möglich, effizient die Überhöhungen zu kompensieren, indem durch eine Verdrehung der Trajektorien eine Aufbaumaterialansammlung und ein Aufbaumaterialmangel in der Bauebene an anderen Stellen als jenen bei der ersten Aufbaumaterialschicht auftreten.For the preferred angle range, particularly homogeneous thicknesses of the solidified layer areas could be achieved. In particular, within this angle range it is possible to ensure that the trajectories in the successive build-up material layers are as heterogeneous as possible, i.e. in as many different directions as possible. By ensuring sufficient heterogeneity of the trajectories in the successive build-up material layers, it can often be ensured that the starting trajectory in a subsequent build-up material layer only overlaps with the trajectory of a previous build-up material layer after as many layers as possible. This makes it possible to efficiently compensate for the elevations in this angle range by rotating the trajectories so that a build-up material accumulation and a build-up material deficiency occur in the build plane at places other than those in the first build-up material layer.
Besonders bevorzugte Werte für den Winkel sind 105°, 115°, 125°, 130°, 135° oder 140°.Particularly preferred values for the angle are 105°, 115°, 125°, 130°, 135° or 140°.
Bevorzugt wird die Starttrajektorie aus der Mehrzahl von in dem Teilquerschnitt abzutastenden Trajektorien unter Verwendung eines Zufallsgenerators ausgewählt.Preferably, the starting trajectory is selected from the plurality of trajectories to be scanned in the partial cross-section using a random generator.
Häufig tritt der Fall auf, dass sich die Gestalt eines (Teil-)Querschnitts und seine Lage in der Bauebene von Aufbaumaterialschicht zu Aufbaumaterialschicht nur wenig (unter Umständen gar nicht) ändern. Insbesondere in diesen Fällen lässt sich durch die Abwandlung des Abstands zwischen Starttrajektorie und Rand in den einzelnen Schichten ein Aufaddieren von Überhöhungen durch übereinanderliegende Bereiche der Starttrajektorien vermeiden. In besonderem Maße gilt dies für Fälle, in denen die Trajektorien in der zweiten Aufbaumaterialschicht im Wesentlichen parallel zu den Trajektorien in der ersten Aufbaumaterialschicht verlaufen. Die Ausnutzung des Zufallsprinzips soll hier sicherstellen, dass es nicht zu einer Überlappung von Starttrajektorien übereinanderliegender Aufbaumaterialschichten kommt bzw. nur zu einer geringen Anzahl von Überlappungen von Starttrajektorien übereinanderliegender Aufbaumaterialschichten kommt.It is often the case that the shape of a (partial) cross-section and its position in the construction plane change only slightly (or in some cases not at all) from one layer of building material to the next. In these cases in particular, the addition of elevations caused by superimposed areas of the starting trajectories can be avoided by modifying the distance between the starting trajectory and the edge in the individual layers. This is particularly true for cases in which the trajectories in the second layer of building material run essentially parallel to the trajectories in the first layer of building material. The use of the random principle is intended to ensure that there is no overlap of starting trajectories of superimposed building material layers or that there is only a small number of overlaps of starting trajectories of superimposed building material layers.
Bevorzugt haben die Trajektorien in einer zweiten Aufbaumaterialschicht die gleiche Gestalt und Ausrichtung zueinander wie die Trajektorien in einer ersten Aufbaumaterialschicht.Preferably, the trajectories in a second building material layer have the same shape and orientation to one another as the trajectories in a first building material layer.
In diesem Fall ist die Wahl einer Starttrajektorie in der zweiten Aufbaumaterialschicht dergestalt, dass diese Starttrajektorie einen möglichst geringen Überlapp mit der Starttrajektorie in der ersten Aufbaumaterialschicht hat, einfacher.In this case, it is easier to choose a starting trajectory in the second build material layer such that this starting trajectory has as little overlap as possible with the starting trajectory in the first build material layer.
Bevorzugt sind einzelne oder alle Teilabschnitte von zumindest zwei Trajektorien, besonders bevorzugt von allen Trajektorien, in einem Teilquerschnitt parallel zueinander. Die Parallelität der Trajektorien in einem Teilquerschnitt, insbesondere in jedem Teilquerschnitt der Anzahl von Teilquerschnitten erleichtert die Auswahl der Starttrajektorie, da in diesem Falle auf einfache Weise geprüft werden kann, ob noch weitere Trajektorien zwischen der intendierten Starttrajektorie und dem Rand des Objektquerschnitts liegen. Es sei betont, dass parallele Trajektorien oder Teilabschnitte derselben nicht zwangsläufig geradlinig sein müssen. Vielmehr kann Parallelität auch bei gekrümmten Kurven, insbesondere auch bei geschlossenen Linienverläufen der Trajektorien, vorliegen.Preferably, individual or all sections of at least two trajectories, particularly preferably of all trajectories, are parallel to one another in a partial cross-section. The parallelism of the trajectories in a partial cross-section, in particular in each partial cross-section of the number of partial cross-sections, facilitates the selection of the starting trajectory, since in this case it is easy to check whether there are further trajectories between the intended starting trajectory and the edge of the object cross-section. It should be emphasized that parallel trajectories or sections thereof do not necessarily have to be straight. Rather, parallelism can also be present in curved curves, in particular in closed line courses of the trajectories.
Bevorzugt wird ein Teilquerschnitt Segment für Segment verfestigt, wobei ein Segment einer Teilfläche des Teilquerschnitts entspricht und jedes Segment durch Abtasten entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Schichtebene verfestigt wird. Preferably, a partial cross-section is solidified segment by segment, wherein a segment corresponds to a partial area of the partial cross-section and each segment is solidified by scanning along a plurality of trajectories in the layer plane.
Bei einem Segment handelt es sich um eine Teilfläche eines Teilquerschnitts, sodass bei einer segmentweisen Verfestigung der dem Teilquerschnitt entsprechende Bereich einer Aufbaumaterialschicht Teilfläche für Teilfläche verfestigt wird. Bevorzugt haben die Segmente dabei die gleiche Gestalt und Orientierung in der Schichtebene bzw. Bauebene. Besonders bevorzugt haben die Segmente Rechteckgestalt, insbesondere auch Quadratgestalt. Weiter bevorzugt ist die Gestalt und Orientierung in der Bauebene der Trajektorien in allen Segmenten gleich, besonders bevorzugt auch die Richtung in der die Trajektorien in einem Segment nacheinander abgetastet werden (die Trajektorienabfolgerichtung), so dass auch die Lage der als Erstes abzutastenden Trajektorie relativ zur Fläche des Segments für alle Segmente gleich ist.A segment is a partial area of a partial cross-section, so that in a segment-by-segment consolidation, the area of a building material layer corresponding to the partial cross-section is solidified partial area by partial area. The segments preferably have the same shape and orientation in the layer plane or construction plane. The segments particularly preferably have a rectangular shape, in particular a square shape. Further preferably, the shape and orientation in the construction plane of the trajectories is the same in all segments, and particularly preferably also the direction in which the trajectories in a segment are scanned one after the other (the trajectory sequence direction), so that the position of the trajectory to be scanned first relative to the area of the segment is also the same for all segments.
Bei einer segmentweisen Verfestigung des dem Teilquerschnitt entsprechenden Bereichs einer Aufbaumaterialschicht kann der Abstand der Starttrajektorie zum Rand des Objektquerschnitts durch entsprechende Auswahl des in dem Teilquerschnitt als Erstes zu verfestigenden Segments bewerkstelligt werden. Insbesondere gilt dies für den Fall, in dem die Lage der als Erstes abzutastenden Trajektorie relativ zur Fläche des Segments in allen Segmenten gleich ist und die Gestalt und Orientierung der Segmente in der Bauebene gleich ist.When solidifying the area of a build-up material layer corresponding to the partial cross-section in segments, the distance of the starting trajectory from the edge of the object cross-section can be achieved by appropriately selecting the segment to be solidified first in the partial cross-section. This applies in particular to the case in which the position of the trajectory to be scanned first relative to the area of the segment is the same in all segments and the shape and orientation of the segments in the build plane is the same.
Bevorzugt verlaufen die Trajektorien innerhalb eines Segments parallel zueinander.Preferably, the trajectories within a segment run parallel to each other.
Weiter bevorzugt haben die Segmente Rechteckgestalt und schließen die Trajektorien in den Segmenten einen Winkel zwischen 5° und 175°, bevorzugt zwischen 45° und 135°, besonders bevorzugt zwischen 85° und 95°, mit einem Rand des Segments ein.Further preferably, the segments have a rectangular shape and the trajectories in the segments enclose an angle between 5° and 175°, preferably between 45° and 135°, particularly preferably between 85° and 95°, with an edge of the segment.
Bevorzugt werden bei dieser Vorgehensweise geradlinige, insbesondere zueinander parallele, Trajektorien in den einzelnen Segmenten verwendet. Die genannten Winkel beziehen sich auf einen Winkel, den ein Anfangsabschnitt oder Endabschnitt der Trajektorie - Anfang und Ende werden durch die Richtung, in der die Trajektorie durchlaufen wird, festgelegt - mit einem Rand des Segments einschließt. Bevorzugt beträgt der Winkel im Wesentlichen 90°, insbesondere auch genau 90°.Preferably, this procedure uses straight-line trajectories, in particular trajectories that are parallel to one another, in the individual segments. The angles mentioned refer to an angle that a start section or end section of the trajectory - the start and end are determined by the direction in which the trajectory is traversed - encloses with an edge of the segment. Preferably, the angle is essentially 90°, in particular exactly 90°.
Noch weiter bevorzugt wird eine in einem der Segmente liegende Trajektorie als Starttrajektorie festgelegt,
wobei die Starttrajektorie so festgelegt wird, dass sie in einer Richtung abgetastet wird, die von einer Grenze des Segments zu einem daran angrenzenden Nachbarsegment weg zeigt, und
wobei die erste der in dem angrenzenden Nachbarsegment abzutastenden Trajektorien so festgelegt wird, dass sie beginnend an einer Stelle, die der Starttrajektorie benachbart ist, in einer Richtung abgetastet wird, die von der Grenze weg zeigt.Even more preferably, a trajectory lying in one of the segments is defined as the starting trajectory,
wherein the starting trajectory is set to be scanned in a direction pointing away from a boundary of the segment to an adjacent neighboring segment, and
wherein the first of the trajectories to be scanned in the adjacent neighboring segment is determined to be scanned starting at a location adjacent to the starting trajectory in a direction pointing away from the boundary.
Als Grenze zwischen zwei Segmenten wird die Region in der Ebene angesehen, in der die beiden Segmente aneinandergrenzen. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine Grenzlinie bzw. Randlinie. Der Grund, weshalb man die Grenze auch als Region ansehen kann ist der, dass es Ausführungsformen geben kann, bei denen jeweils die Trajektorien des einen Segments ein Stück weit in das andere Segment hineinragen oder aber in einem gewissen Abstand zum anderen Segment anfangen oder enden. Der dadurch entstehende „Überlapp“ bzw. der dadurch verbleibende Abstand zum anderen Segment ist jedoch in der Regel geringer als die Breite der den Trajektorien entsprechenden Spur in der Aufbaumaterialschicht, mit anderen Worten geringer als der Abstand der in einem Segment benachbarten Trajektorien zueinander.The region in the plane in which the two segments border one another is considered to be the boundary between two segments. This is preferably a boundary line or edge line. The reason why the boundary can also be viewed as a region is that there can be embodiments in which the trajectories of one segment extend a little way into the other segment or start or end at a certain distance from the other segment. However, the resulting "overlap" or the remaining distance to the other segment is usually less than the width of the track corresponding to the trajectories in the building material layer, in other words less than the distance between the trajectories adjacent to one another in a segment.
Eine zu der Starttrajektorie benachbarte Stelle ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine Stelle im Nachbarsegment, deren Abstand zum Startpunkt der Starttrajektorie kleiner ist als die Breite der den Trajektorien entsprechenden Spur in der Aufbaumaterialschicht bzw. kleiner ist als der Abstand, den benachbarte Trajektorien in dem Segment, in dem die Starttrajektorie liegt, zueinander aufweisen.In this context, a location adjacent to the starting trajectory is in particular a location in the neighboring segment whose distance to the starting point of the starting trajectory is smaller than the width of the track corresponding to the trajectories in the building material layer or smaller than the distance between neighboring trajectories in the segment in which the starting trajectory lies.
Wenn eine Trajektorie in einer Richtung abgetastet wird, die von der Grenze weg zeigt, dann ist dies für auf der Grenze senkrecht stehende Trajektorien unmittelbar einsichtig. Wenn die Trajektorien einen von 90° verschiedenen Winkel mit der Grenze einschließen, dann ist bei einer Abtastung von der Grenze weg, zumindest eine Richtungskomponente der Bewegung vorhanden, die von der Grenze weg zeigt.If a trajectory is scanned in a direction that points away from the boundary, then this is immediately obvious for trajectories that are perpendicular to the boundary. If the trajectories enclose an angle other than 90° with the boundary, then when scanning away from the boundary, there is at least one directional component of the movement that points away from the boundary.
Die Erfinder erklären sich die Vorteilhaftigkeit dieses Vorgehens damit, dass durch das Abtasten der Starttrajektorie in jenem Bereich des Nachbarsegments, der neben der Starttrajektorie liegt, ein Mangel an Aufbaumaterial entsteht. Wenn im Nachbarsegment dieser Bereich als Erstes abgetastet wird, dann wird dieser Mangel an Aufbaumaterial dadurch kompensiert, dass bei der Verfestigung dieses Bereichs wiederum an diesen Bereich angrenzendes noch nicht verfestigtes Aufbaumaterial zusätzlich zum in diesem Bereich bereits vorhandenen unverfestigten Aufbaumaterial verfestigt wird oder angrenzendes bereits verfestigtes Aufbaumaterial nochmals auf-/angeschmolzen und in diesen Bereich hineingezogen wird.The inventors explain the advantage of this procedure by the fact that scanning the starting trajectory in the area of the neighboring segment that lies next to the starting trajectory results in a lack of build-up material. If this area is scanned first in the neighboring segment, then this lack of build-up material is compensated for by the fact that when this area is solidified, build-up material that is adjacent to this area and has not yet solidified is used in addition to the build-up material in this area. already existing unsolidified build-up material is solidified or adjacent already solidified build-up material is melted/melted again and drawn into this area.
Weiter bevorzugt werden sowohl im Segment, in dem die Starttrajektorie liegt als auch im daran angrenzenden Nachbarsegment jeweils alle Trajektorien in der gleichen Richtung abgetastet. Dies bedeutet, die Anfangspunkte aller Trajektorien liegen dann bevorzugt an oder nahe der Grenze zwischen den beiden Segmenten. Diese Vorgehensweise kann dem Umstand Rechnung tragen, dass eine Überhöhung tendenziell am Anfang einer Trajektorie auftritt.It is also preferable for all trajectories to be scanned in the same direction in both the segment in which the starting trajectory lies and in the adjacent neighboring segment. This means that the starting points of all trajectories are then preferably located at or near the border between the two segments. This approach can take into account the fact that an elevation tends to occur at the beginning of a trajectory.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben,
wobei die additive Herstellvorrichtung so ausgelegt ist, dass Objekte mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt werden durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Schichtebene mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu jenen Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, weist auf:
- eine Zugriffseinheit, die ausgelegt ist, auf computerbasierte Modelldaten einer Anzahl von Teilquerschnitten des herzustellenden Objekts zuzugreifen, von denen jeder eine Teilfläche eines Objektquerschnitts sowie einen Abschnitt des Rands dieses Objektquerschnitts umfasst,
- eine Datenmodell-Erzeugungseinheit, die ausgelegt ist, ein Datenmodell der Anzahl von Teilquerschnitten zu erzeugen, wobei in dem Datenmodell ein Abtasten der Stellen der Anzahl von Teilquerschnitten mit einer Anzahl von Strahlen entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Schichtebene spezifiziert ist,
- wobei die Datenmodell-Erzeugungseinheit ausgelegt ist, in mindestens einem der Anzahl von Teilquerschnitten eine Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festzulegen, dass als Erstes eine Starttrajektorie abgetastet wird, wobei zumindest ein Punkt der Starttrajektorie vom Rand des Objektquerschnitts in der Schichtebene dergestalt beabstandet ist, dass mindestens eine weitere Trajektorie zwischen dem zumindest einen Punkt und dem Rand liegt, bevorzugt mindestens zwei weitere Trajektorien zwischen dem zumindest einen Punkt und dem Rand liegen, und
- eine Steuerdaten-Bereitstellungseinheit, die ausgelegt ist, Steuerdaten entsprechend einem von der Datenmodell-Erzeugungseinheit erzeugten Datenmodell für die Generierung eines Steuerdatensatzes für die Herstellung des Objekts mittels der additiven Herstellvorrichtung bereitzustellen.
wherein the additive manufacturing device is designed such that objects are manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer upon layer and solidifying the building material in a layer plane by supplying radiant energy to those locations in each layer which are associated with the cross-section of the object in that layer, comprises:
- an access unit designed to access computer-based model data of a number of partial cross-sections of the object to be produced, each of which comprises a partial area of an object cross-section and a portion of the edge of this object cross-section,
- a data model generation unit configured to generate a data model of the number of partial cross-sections, wherein the data model specifies scanning of the locations of the number of partial cross-sections with a number of rays along a plurality of trajectories in the layer plane,
- wherein the data model generation unit is designed to determine an order of scanning of the trajectories in at least one of the number of partial cross-sections such that a start trajectory is scanned first, wherein at least one point of the start trajectory is spaced from the edge of the object cross-section in the layer plane such that at least one further trajectory lies between the at least one point and the edge, preferably at least two further trajectories lie between the at least one point and the edge, and
- a control data providing unit configured to provide control data corresponding to a data model generated by the data model generating unit for generating a control data set for manufacturing the object by means of the additive manufacturing device.
Die Bereitstellung des durch die Datenmodell-Erzeugungseinheit erzeugten Datenmodells für die Generierung eines Steuerdatensatzes kann durch die Steuerdaten-Bereitstellungseinheit selbst geschehen, indem diese das erzeugte Datenmodell in einen Steuerdatensatz für die additive Herstellvorrichtung integriert. Bereitstellen umfasst aber auch ein Weiterleiten des Datenmodells an eine Datenverarbeitungsvorrichtung, welche das Datenmodell in einen Steuerdatensatz integriert, oder ein direktes Weiterleiten an eine additive Herstellvorrichtung. Insbesondere ist es möglich, während eines Herstellvorgangs in der additiven Herstellvorrichtung dieser dynamisch Datenmodelle für noch herzustellende Objektquerschnitte zur Verfügung zu stellen.The provision of the data model generated by the data model generation unit for the generation of a control data set can be done by the control data provision unit itself by integrating the generated data model into a control data set for the additive manufacturing device. However, provision also includes forwarding the data model to a data processing device, which integrates the data model into a control data set, or forwarding it directly to an additive manufacturing device. In particular, it is possible to dynamically provide data models for object cross-sections that are still to be manufactured in the additive manufacturing device during a manufacturing process.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben,
wobei das Objekt mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt wird durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Schichtebene mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu jenen Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind,
wobei die additive Herstellvorrichtung zur Zufuhr von Strahlungsenergie eine Energieeintragsvorrichtung aufweist, die ausgelegt ist, zur Verfestigung einer Anzahl von Teilquerschnitten des herzustellenden Objekts, von denen jeder eine Teilfläche eines Objektquerschnitts sowie einen Abschnitt des Rands dieses Objektquerschnitts umfasst, die Stellen der Anzahl von Teilquerschnitten mit einer Anzahl von Strahlen entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Schichtebene abzutasten,
ist für mindestens einen der Anzahl von Teilquerschnitten eine Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so festgelegt, dass als Erstes eine Starttrajektorie abgetastet wird, wobei zumindest ein Punkt der Starttrajektorie vom Rand des Objektquerschnitts in der Schichtebene dergestalt beabstandet ist, dass mindestens eine weitere Trajektorie zwischen dem zumindest einen Punkt und dem Rand liegt, bevorzugt mindestens zwei weitere Trajektorien zwischen dem zumindest einen Punkt und dem Rand liegen.In a method according to the invention for controlling an energy input device of an additive manufacturing device for producing a three-dimensional object by means of the same,
wherein the object is manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer upon layer and solidifying the building material in a layer plane by supplying radiant energy to those locations in each layer which are associated with the cross-section of the object in that layer,
wherein the additive manufacturing device for supplying radiation energy has an energy input device which is designed to solidify a number of partial cross-sections of the object to be produced, each of which comprises a partial area of an object cross-section and a portion of the edge of this object cross-section, by scanning the locations of the number of partial cross-sections with a number of beams along a plurality of trajectories in the layer plane,
For at least one of the number of partial cross-sections, an order of scanning of the trajectories is determined such that a start trajectory is scanned first, wherein at least one point of the start trajectory is spaced from the edge of the object cross-section in the layer plane such that at least one further trajectory lies between the at least one point and the edge, preferably at least two further trajectories lie between the at least one point and the edge.
Zur Abtastung des Aufbaumaterials entlang von Trajektorien kann die Energieeintragsvorrichtung insbesondere eine Anzahl von Strahlablenkeinrichtungen (z.B. Galvanometerscanner) aufweisen, mittels derer Licht von einer Strahlungsquelle (z.B. einem Laser) auf die gewünschten Stellen in der Bauebene gerichtet wird, wobei über die Strahlablenkeinrichtungen auch die Geschwindigkeit der Bewegung des oder der Strahlen über die Bauebene gesteuert wird. Das Verfahren zur Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung kann insbesondere durch die Abarbeitung eines Steuerdatensatzes implementiert werden, der unter Verwendung der von einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bereitstellung von Steuerdaten bereitgestellten Steuerdaten generiert wurde.To scan the construction material along trajectories, the energy input device can in particular have a number of beam deflection devices (e.g. galvanometer scanners) by means of which light from a radiation source (e.g. a laser) is directed to the desired locations in the construction plane, the speed of movement of the beam(s) over the construction plane also being controlled via the beam deflection devices. The method for controlling the energy input device can in particular be implemented by processing a control data set that was generated using the control data provided by a method according to the invention for providing control data.
Bei einem erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels einer additiven Herstellvorrichtung, wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung ausgeführt.In an additive manufacturing method according to the invention for producing a three-dimensional object by means of an additive manufacturing device, a method according to the invention for controlling an energy input device of an additive manufacturing device is carried out.
Bevorzugt handelt es sich um Herstellverfahren, bei dem ein metallbasiertes Aufbaumaterial verwendet wird, also ein Aufbaumaterial, bei dem der Metallgehalt 50 Gewichtsprozent überschreitet, z. B. ein Metallpulver oder Metalllegierungspulver wie Stahlpulver oder chrom-, titan-, wolfram-, kobalt-, nickel-, -kupfer- oder aluminiumhaltige Pulver, wobei die Aufzählung der genannten Elemente nicht abschließend gemeint ist. Insbesondere kann aber auch eine Kombination aus einem metallbasierten Aufbaumaterial und einem kunststoffbasierten Aufbaumaterial verwendet werden, wobei die Kombination aus einer Mischung zwischen einem metallbasierten und einem kunststoffbasierten Aufbaumaterial besteht, wobei optional zusätzlich auch noch weitere Komponenten enthalten sein können. Beispielweise kann ein Aufbaumaterial pulverförmig sein und insbesondere können die Pulverkörnchen aus einem metallhaltigen Kern und einer kunststoffhaltigen Beschichtung (oder umgekehrt) bestehen. Bevorzugt handelt es sich bei dem additiven Herstellverfahren um ein Lasersinterverfahren oder ein Laserschmelzverfahren.Preferably, these are manufacturing processes in which a metal-based building material is used, i.e. a building material in which the metal content exceeds 50 percent by weight, e.g. a metal powder or metal alloy powder such as steel powder or powder containing chromium, titanium, tungsten, cobalt, nickel, copper or aluminum, whereby the list of the elements mentioned is not intended to be exhaustive. In particular, however, a combination of a metal-based building material and a plastic-based building material can also be used, whereby the combination consists of a mixture between a metal-based and a plastic-based building material, whereby additional components can optionally also be included. For example, a building material can be in powder form and in particular the powder grains can consist of a metal-containing core and a plastic-containing coating (or vice versa). The additive manufacturing process is preferably a laser sintering process or a laser melting process.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben,
wobei die Objekte mittels der additiven Herstellvorrichtung hergestellt werden durch Aufbringen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Schichtebene mittels Zufuhr von Strahlungsenergie zu jenen Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind,
wobei die additive Herstellvorrichtung zur Zufuhr von Strahlungsenergie eine Energieeintragsvorrichtung aufweist, die ausgelegt ist, zur Verfestigung einer Anzahl von Teilquerschnitten, von denen jeder eine Teilfläche eines Objektquerschnitts sowie einen Abschnitt des Rands dieses Objektquerschnitts umfasst, die Stellen der Anzahl von Teilquerschnitten mit einer Anzahl von Strahlen entlang einer Mehrzahl von Trajektorien in der Schichtebene abzutasten,
weist eine Abtast-Steuereinheit auf, die ausgelegt ist, für mindestens einen der Anzahl von Teilquerschnitten eine Reihenfolge der Abtastung der Trajektorien so vorzugeben, dass als Erstes eine Starttrajektorie abgetastet wird, wobei zumindest ein Punkt der Starttrajektorie vom Rand des Objektquerschnitts in der Schichtebene dergestalt beabstandet ist, dass mindestens eine weitere Trajektorie zwischen dem zumindest einen Punkt und dem Rand liegt, bevorzugt mindestens zwei weitere Trajektorien zwischen dem zumindest einen Punkt und dem Rand liegen.A device according to the invention for controlling an energy input device of an additive manufacturing device for producing a three-dimensional object by means of the same,
wherein the objects are manufactured by means of the additive manufacturing device by applying a building material layer upon layer and solidifying the building material in a layer plane by supplying radiant energy to those locations in each layer which are associated with the cross-section of the object in that layer,
wherein the additive manufacturing device for supplying radiation energy has an energy input device which is designed to solidify a number of partial cross-sections, each of which comprises a partial area of an object cross-section and a portion of the edge of this object cross-section, by scanning the locations of the number of partial cross-sections with a number of beams along a plurality of trajectories in the layer plane,
has a scanning control unit which is designed to specify a sequence of scanning of the trajectories for at least one of the number of partial cross-sections such that a start trajectory is scanned first, wherein at least one point of the start trajectory is spaced from the edge of the object cross-section in the layer plane such that at least one further trajectory lies between the at least one point and the edge, preferably at least two further trajectories lie between the at least one point and the edge.
Die Ansteuervorrichtung einer Energieeintragsvorrichtung ist in der Lage, das oben beschriebene Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung umzusetzen. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, also insbesondere die Abtast-Steuereinheit, oder aber die gesamte Ansteuervorrichtung können dabei alleine durch Software oder aber alleine durch Hardware oder aber mittels einer Mischung aus Hardware und Software implementiert werden. Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig als Hardware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Softwaremodule realisiert sein. Ebenso können Schnittstellen sowohl aus Hardware- als auch aus Software-Komponenten bestehen, zum Beispiel in Form einer Standard-Hardware-Schnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatzzweck speziell konfiguriert wird. Außerdem können mehrere Schnittstellen auch in einer gemeinsamen Schnittstelle, beispielsweise einer Input-Output-Schnittstelle, zusammengefasst sein.The control device of an energy input device is able to implement the method described above for controlling an energy input device. The individual components of the device, in particular the scanning control unit, or the entire control device can be implemented using software alone, hardware alone, or a mixture of hardware and software. Interfaces do not necessarily have to be designed as hardware components, but can also be implemented as software modules. Interfaces can also consist of both hardware and software components, for example in the form of a standard hardware interface that is specially configured by software for the specific application. In addition, several interfaces can also be combined in a common interface, for example an input-output interface.
Insbesondere kann es sich bei der Ansteuervorrichtung um eine Einheit innerhalb einer Steuereinrichtung handeln, die in einer additiven Herstellvorrichtung einen Herstellvorgang steuert. Dennoch sei betont, dass die Ansteuervorrichtung in gleicher Weise auch außerhalb der Steuereinrichtung vorhanden sein kann und über ein Netzwerk Signale mit der additiven Herstellvorrichtung, insbesondere mit der Energieeintragsvorrichtung, austauschen kann. Insbesondere wenn die Ansteuervorrichtung alleine mittels Software implementiert wird, kann die Ansteuervorrichtung in Gestalt eines Computerprogramms vorliegen. Bevorzugt wird dann solch ein Computerprogramm für einen Herstellvorgang durch die additive Herstellvorrichtung in deren Steuereinrichtung ausgeführt.In particular, the control device can be a unit within a control device that controls a manufacturing process in an additive manufacturing device. Nevertheless, it should be emphasized that the control device can also be present outside the control device in the same way and can exchange signals with the additive manufacturing device, in particular with the energy input device, via a network. In particular, if the control device is implemented solely by means of software, the control device can be in the form of a computer program. Preferably then such a computer program for a manufacturing process is executed by the additive manufacturing device in its control device.
Eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels derselben, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung auf.An additive manufacturing device according to the invention for producing a three-dimensional object by means of the same has a device according to the invention for controlling an energy input device of an additive manufacturing device.
Bevorzugt ist die additive Herstellvorrichtung für eine Herstellung von Objekten aus einem metallbasierten Aufbaumaterial ausgelegt, bei dem der Metallgehalt 50 Gewichtsprozent überschreitet, z. B. ein Metallpulver oder Metalllegierungspulver wie Stahlpulver oder chrom-, titan-, wolfram-, kobalt-, nickel-, -kupfer- oder aluminiumhaltige Pulver, wobei die Aufzählung der genannten Elemente nicht abschließend gemeint ist. Insbesondere kann die additive Herstellvorrichtung für eine Herstellung von Objekten aus einer Kombination aus einem metallbasierten Aufbaumaterial und aus einem kunststoffbasierten Aufbaumaterial ausgelegt sein, wobei die Kombination aus einer Mischung zwischen einem metallbasierten und einem kunststoffbasierten Aufbaumaterial besteht, wobei optional zusätzlich auch noch weitere Komponenten enthalten sein können. Beispielweise kann ein Aufbaumaterial pulverförmig sein und insbesondere können die Pulverkörnchen aus einem metallhaltigen Kern und einer kunststoffhaltigen Beschichtung (oder umgekehrt) bestehen. Bevorzugt handelt es sich bei der additiven Herstellvorrichtung um eine Lasersintervorrichtung oder Laserschmelzvorrichtung.The additive manufacturing device is preferably designed for producing objects from a metal-based construction material in which the metal content exceeds 50 percent by weight, e.g. a metal powder or metal alloy powder such as steel powder or powder containing chromium, titanium, tungsten, cobalt, nickel, copper or aluminum, whereby the list of the elements mentioned is not intended to be exhaustive. In particular, the additive manufacturing device can be designed for producing objects from a combination of a metal-based construction material and a plastic-based construction material, whereby the combination consists of a mixture between a metal-based and a plastic-based construction material, whereby additional components can optionally also be included. For example, a construction material can be in powder form and in particular the powder grains can consist of a metal-containing core and a plastic-containing coating (or vice versa). The additive manufacturing device is preferably a laser sintering device or laser melting device.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm, umfasst eine Abfolge von Befehlen, durch welche bei ihrer Ausführung ein erfindungsgemäßes computergestütztes Verfahren zur Bereitstellung von Steuerdaten für eine additive Herstellvorrichtung und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung einer additiven Herstellvorrichtung oder ein erfindungsgemäßes additives Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mittels einer additiven Herstellvorrichtung implementiert wird.A computer program according to the invention comprises a sequence of commands which, when executed, implement a computer-aided method according to the invention for providing control data for an additive manufacturing device and/or a method according to the invention for controlling an energy input device of an additive manufacturing device or an additive manufacturing method according to the invention for producing a three-dimensional object by means of an additive manufacturing device.
Ein Computerprogramm, durch welches ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bereitstellung von Steuerdaten implementiert wird, kann auf einem Computer bzw. Datenprozessor ausgeführt werden, der vollkommen unabhängig von der additiven Herstellvorrichtung ist, insbesondere nicht mit dieser Daten austauschen kann. Eine Ausführung der Befehle des Computerprogramms durch einen in die additive Herstellvorrichtung integrierten oder mit dieser zusammenwirkenden Datenprozessor ist natürlich vorteilhaft. Die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung von Steuerdaten sowie der zugehörigen Vorrichtung mittels Software ermöglicht eine einfache Installierbarkeit auf verschiedenen EDV-Systemen an verschiedenen Orten (beispielsweise beim Ersteller des Designs des Objekts oder aber beim Betreiber der additiven Herstellvorrichtung).A computer program by which a method according to the invention for providing control data is implemented can be executed on a computer or data processor that is completely independent of the additive manufacturing device, in particular cannot exchange data with it. Execution of the computer program's commands by a data processor integrated into the additive manufacturing device or interacting with it is of course advantageous. The implementation of the method according to the invention for providing control data and the associated device by means of software enables easy installation on different IT systems at different locations (for example at the creator of the design of the object or at the operator of the additive manufacturing device).
Ein Computerprogramm, durch welches ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ansteuerung einer Energieeintragsvorrichtung oder ein erfindungsgemäßes additives Herstellverfahren implementiert wird, wird bevorzugt auf einem Datenprozessor ausgeführt, der in die additive Herstellvorrichtung integriert ist oder aber mit dieser zusammenwirkt. Der oben mehrmals erwähnte Begriff „Zusammenwirken“ soll dabei heißen, dass der Datenprozessor mit der additiven Herstellvorrichtung Daten austauschen kann, z.B. über ein Funknetzwerk oder über Datenleitungen.
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1 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß der Erfindung. -
2a bis 2c dienen der Erläuterung des in der Anmeldung verwendeten Begriffs "Teilquerschnitt. -
3 zeigt schematisch ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Vorgehen bei der Festlegung der Starttrajektorie. -
4 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel für ein erfindungsgemäßes Vorgehen bei der Festlegung der Starttrajektorie. -
5a bis 5c dienen der Erläuterung der Möglichkeiten der Definition eines Abstands zwischen der Starttrajektorie und dem Rand eines Objektquerschnitts. -
6a bis 6c dienen der Veranschaulichung des Vorgehens bei der Festlegung der Starttrajektorien in mehreren Schichten. -
7 zeigt schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung von Steuerdaten. -
8 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bereitstellung von Steuerdaten. -
9a und9b zeigen ein weiteres Beispiel für das Vorgehen bei der Festlegung der Starttrajektorien in mehreren Schichten. -
10a und10b zeigen Varianten des Vorgehens gemäß4 .
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1 shows a schematic, partially sectional view of an exemplary device for additively manufacturing a three-dimensional object according to the invention. -
2a to 2c serve to explain the term "partial cross-section" used in the application. -
3 shows schematically an example of an inventive procedure for determining the starting trajectory. -
4 shows schematically another example of an inventive procedure for determining the starting trajectory. -
5a to 5c serve to explain the possibilities of defining a distance between the starting trajectory and the edge of an object cross-section. -
6a to 6c serve to illustrate the procedure for determining the starting trajectories in several layers. -
7 shows schematically the sequence of a method according to the invention for providing control data. -
8 shows schematically the structure of a device according to the invention for providing control data. -
9a and9b show another example of the procedure for determining the starting trajectories in several layers. -
10a and10b show variants of the procedure according to4 .
Anhand von
Für eine Beschreibung der Erfindung soll zunächst nachfolgend am Beispiel einer Lasersinter- oder -schmelzvorrichtung eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung unter Bezugnahme auf
Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 eine Prozesskammer oder Baukammer 3 mit einer Kammerwandung 4. In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Baubehälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 5 ist eine Arbeitsebene 7 (auch Bauebene genannt) definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 7, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld 8 bezeichnet wird.To build an
In dem Baubehälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 10 angeordnet, an dem eine Grundplatte 11 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 11 kann eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein, die an dem Träger 10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 10 ausgebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 11 noch eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 11 selber aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In
Die Lasersinter- oder -schmelzvorrichtung 1 enthält weiterhin einen Vorratsbehälter 14 für ein Aufbaumaterial 15, in diesem Beispiel ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares Pulver, und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 16 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 15 innerhalb des Baufelds 8. Optional kann in der Prozesskammer 3 eine Heizvorrichtung, z.B. eine Strahlungsheizung 17 angeordnet sein, die zum Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials dient. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein.The laser sintering or
Die beispielhafte additive Herstellvorrichtung 1 enthält ferner eine Energieeintragsvorrichtung 20 mit einem Laser 21, der einen Laserstrahl 22 erzeugt, welcher über einen Strahlemitter 23, beispielsweise einen oder mehrere Galvanometerspiegel samt zugehörigem Antrieb, umgelenkt wird und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 7 fokussiert wird. Auch wenn dies in
Der in
Die Lasersintervorrichtung 1 enthält weiterhin eine Steuereinrichtung 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch teilweise oder ganz außerhalb der additiven Herstellvorrichtung angebracht sein. Die Steuereinrichtung kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der additiven Herstellvorrichtung in einer Speichervorrichtung gespeichert sein, von wo aus es (z.B. über ein Netzwerk) in die additive Herstellvorrichtung, insbesondere in die Steuereinrichtung, geladen werden kann.The
Im Betrieb wird durch die Steuereinrichtung 29 der Träger 10 Schicht für Schicht abgesenkt, der Beschichter 16 zum Auftrag einer neuen Pulverschicht angesteuert und die Energieeintragsvorrichtung 20, also insbesondere die Strahlemitter 23 und gegebenenfalls auch der Laser 21 und/oder die Fokussiervorrichtung 24, angesteuert zum Verfestigen der jeweiligen Schicht an den dem jeweiligen Objekt entsprechenden Stellen mittels Abtastens dieser Stellen mit dem Laser. Hierbei wird in der vorliegenden Anmeldung auf eine für die Ansteuerung der Energieeintragsvorrichtung 20 verantwortliche Einheit 39 innerhalb der Steuereinrichtung 29 als Ansteuervorrichtung 39 der Energieeintragsvorrichtung Bezug genommen. Dennoch sei betont, dass eine Ansteuervorrichtung 39 der Energieeintragsvorrichtung in gleicher Weise auch außerhalb der Steuereinrichtung 29 vorhanden sein kann (auch in Gestalt eines Computerprogramms), sofern sichergestellt ist, dass die Ansteuervorrichtung 39 der Energieeintragsvorrichtung für die additive Herstellung von Objekten hinreichend mit der Steuereinrichtung 29 zusammenwirken kann, also insbesondere Signale mit der Steuereinrichtung 29 austauschen kann.During operation, the
In der soeben beispielhaft beschriebenen additiven Herstellvorrichtung geht ein Herstellvorgang so vonstatten, dass die Steuereinheit 29 oder die Ansteuervorrichtung 39 der Energieeintragsvorrichtung einen Steuerdatensatz abarbeitet. Durch den Steuerdatensatz wird einer Energieeintragseinrichtung, im Falle der obigen Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung speziell der Umlenkvorrichtung 23, für jeden Zeitpunkt während des Verfestigungsvorgangs vorgegeben, auf welche Stelle der Arbeitsebene 7 Strahlung zu richten ist.In the additive manufacturing device just described as an example, a manufacturing process takes place in such a way that the
In der in
Der Datenzugriffsschritt (der erste Schritt S1) kann auch eine Weitergabe der Modelldaten an eine nachfolgend beschriebene Datenmodell-Erzeugungseinheit 102 beinhalten, die Datenmodell-Erzeugungseinheit 102 kann sich diese Daten aber auch von der Datenzugriffseinheit 101 holen oder aber diese aus einem in
In dem in
Insbesondere wird dabei die zeitliche Reihenfolge spezifiziert, in der die Trajektorien nacheinander durchlaufen werden.In particular, the temporal order in which the trajectories are traversed one after the other is specified.
Nachdem im zweiten Schritt S2 in
Nachfolgend werden Beispiele des Vorgehens im zweiten Schritt S2 für unterschiedliche (Teil)-Querschnitte und Linienverläufe der Trajektorien beschrieben.In the following, examples of the procedure in the second step S2 for different (partial) cross-sections and line courses of the trajectories are described.
Die schematische
Das erfindungsgemäße Vorgehen ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Abtasten des Aufbaumaterials nicht entlang einer einem der Ränder 31, 32 nächstgelegenen Trajektorie 303 bzw. 309 (den Randtrajektorien) zeitlich als erstes abgetastet wird, sondern entlang einer von den Rändern beabstandeten Trajektorie. In
Natürlich könnte erfindungsgemäß in
Wenn für die Abtastung des einem (Teil-)Querschnitt entsprechenden Bereichs einer Aufbaumaterialschicht eine segmentweise Abtastung gewählt wird, dann kann ein erfindungsgemäßes Vorgehen dergestalt umgesetzt werden, dass innerhalb des Querschnitts als Erstes ein Segment abgetastet wird, bei dem die in dem Segment zeitlich als Erstes abgetastete Trajektorie vom Rand des Querschnitts beabstandet ist. Diese Trajektorie ist damit die Starttrajektorie bei der Abtastung des (Teil- )Querschnitts. Im Beispiel von
Bei dem Vorgehen gemäß
Anhand von
Während anhand von
Wie anhand der
Auch wenn durch das erfinderische Vorgehen die Gleichförmigkeit der Dicke der verfestigten Schicht verbessert werden kann, so tritt dennoch innerhalb eines Teilquerschnitts die größte Dicke in der verfestigten Aufbaumaterialschicht in der Regel weiterhin im Bereich der Starttrajektorie auf. Da ein herzustellendes Objekt in der Regel viele übereinanderliegende Objektquerschnitte (entsprechend vielen übereinanderliegenden Aufbaumaterialschichten) aufweist, kann es durch eine Addition der überhöhten Dicken in den einzelnen Schichten zu einer unerwünscht großen Variation der Gesamthöhe (Ausdehnung in z-Richtung) des Objekts kommen. Insbesondere kann die Variation in der Höhe auch bereits während des Herstellvorgangs so groß sein, dass es zu einer Kollision eines Beschichterelements mit aus einer bereits verfestigten Schicht nach oben herausragenden Vorsprüngen aus verfestigtem Aufbaumaterial kommt. Solch einem unerwünschten Verhalten kann mittels des nachfolgend unter Bezugnahme auf
Der Einfachheit halber hat der Querschnitt 60' in
Der Einfachheit halber hat in diesem Beispiel der Querschnitt 90' in
Alternativ zu dem in
Schließlich ist es auch möglich, aus den Trajektorien in einer Schicht, insbesondere einer auf eine erste Schicht nachfolgenden zweiten Schicht, die Starttrajektorie mittels eines Zufallsgenerators auszuwählen. Dieses Vorgehen kann insbesondere gewählt werden, wenn die Segment- und/oder Trajektorienmuster in den aufeinanderfolgenden Schichten gleich sind und/oder die gleiche Orientierung in der Bauebene aufweisen.Finally, it is also possible to select the starting trajectory from the trajectories in a layer, in particular a second layer following a first layer, using a random generator. This procedure can be chosen in particular if the segment and/or trajectory patterns in the successive layers are the same and/or have the same orientation in the construction plane.
Gerade wenn Teilquerschnitte in übereinanderliegenden Aufbaumaterialschichten segmentweise abgetastet werden, kann durch eine Änderung der Orientierung der Trajektorien in der Schichtebene bzw. Bauebene (eine Drehung) manchmal bereits dafür gesorgt werden, dass sich die Starttrajektorien in den unterschiedlichen Aufbaumaterialschichten nicht überlappen (an keiner Stelle übereinanderliegen), obwohl die Abtastreihenfolge der Segmente in den unterschiedlichen Schichten gleich ist.Especially when partial cross-sections in superimposed building material layers are scanned segment by segment, a change in the orientation of the trajectories in the layer plane or building plane (a rotation) can sometimes ensure that the starting trajectories in the different building material layers do not overlap (do not lie on top of each other at any point), even though the scanning order of the segments in the different layers is the same.
Allgemein ist es vorteilhaft, wenn in unterschiedlichen Schichten die Lage und Orientierung der Trajektorien in der Ebene unterschiedlich ist, da dies der Ausbildung von anisotropen Eigenschaften bzw. Vorzugsrichtungen im hergestellten Objekt entgegenwirkt. Falls also die Orientierung der Trajektorien in übereinanderliegenden Aufbaumaterialschichten gleich ist, dann sollten bevorzugt die Trajektorien in diesen Schichten nicht direkt übereinanderliegen, sondern horizontal gegeneinander versetzt sein, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Verlaufsrichtung der Trajektorien.In general, it is advantageous if the position and orientation of the trajectories in the plane are different in different layers, as this counteracts the formation of anisotropic properties or preferred directions in the manufactured object. If the orientation of the trajectories in superimposed layers of building material is the same, then the trajectories in these layers should preferably not lie directly on top of each other, but should be offset horizontally from each other, in particular in a direction perpendicular to the direction of the trajectories.
Eine einfache Möglichkeit Anisotropien vorzubeugen ist die Änderung der Orientierung der Trajektorien in der jeweils nachfolgenden Schicht, zumindest in der jeweils übernächsten Schicht. Geht man davon aus, dass die Gestalt der Trajektorien sich von Schicht zu Schicht nicht ändert, so entspricht eine Änderung der Orientierung der Trajektorien einer Drehung in der Bauebene bzw. Schichtebene. Bevorzugt sollte dabei der Drehwinkel kein ganzzahliger Teil von 360° sein, besonders bevorzugt keinen von eins verschiedenen gemeinsamen Teiler mit 360° aufweist. Dadurch wird nämlich vermieden, dass sich die Orientierung der Trajektorien in unterschiedlichen Aufbaumaterialschichten wiederholt.A simple way to prevent anisotropies is to change the orientation of the trajectories in the next layer, or at least in the layer after that. If one assumes that the shape of the trajectories does not change from layer to layer, a change in the orientation of the trajectories corresponds to a rotation in the building plane or layer plane. The angle of rotation should preferably not be an integer part of 360°, and particularly preferably should not have a common divisor of 360° other than one. This prevents the orientation of the trajectories from repeating in different building material layers.
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