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Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Erzeugung von Baujobdaten zum Herstellen von Bauteilen mit einem pulverbettbasierten Schmelzverfahren.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen mit einem pulverbettbasierten Schmelzverfahren. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm.
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Aus der
DE 10 2015 001 480 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten wenigstens eines mittels Strahlung verfestigbaren pulverartigen Baumaterials auf einer Bauplatte bekannt. Wenigstens eines die Außen- und/oder Innenkontur des herzustellenden dreidimensionalen Objekts zumindest abschnittsweise abbildenden Begrenzungsbauteils durch aufeinander folgendes Verfestigen von Schichten des oder wenigstens eines mittels Strahlung verfestigbaren pulverartigen Baumaterials zur Begrenzung eines die Außen- und/oder Innenkontur des herzustellenden dreidimensionalen Objekts zumindest abschnittsweiseabbildenden Bauvolumens ausgebildet.
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Die
DE 10 2011 121 568 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials mittels Laserstrahlung an den dem jeweiligen Querschnitt der Objekte entsprechenden Stellen. Innerhalb einer vorhandenen Baukammer wird eine Bauzelle aufgebaut, die entweder mit wenigstens einer Seitenwandung der Baukammer oder weiteren Bauzellenwandungsabschnitten das zu bauende Objekt eng umgeben ist zunehmend zugleich das Beschichtervolumen und die Fläche des Beschichterauftrages derart reduziert wird, dass überwiegend nur der Bereich innerhalb der Bauzelle beschichtet wird
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Ferner offenbart die
EP 3 695 957 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten mittels eines schichtweisen Aufbaus.
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Einem Beispiel zufolge kann gemäß der
WO 2018/118 009 A1 eine Vorrichtung einen Speicher enthalten, der Anweisungen speichern kann, um einen Prozessor zu veranlassen, für jedes Teil, das in einem Bauraum einer 3D-Fertigungsvorrichtung hergestellt werden soll, Beschreibungen der ersten Ebene und Beschreibungen der zweiten Ebene für das Teil zu erzeugen. Der Verarbeiter kann unter Verwendung der Beschreibungen der ersten Ebene bestimmen, ob es eine Anordnung gibt, die dazu führt, dass die Teile gemeinsam in den Bauraum passen, während bestimmte thermische Entkopplungsräume zwischen den Teilen bereitgestellt werden. Als Reaktion auf eine Feststellung, dass die Anordnung unter Verwendung der Beschreibungen der ersten Ebene für die Teile nicht bestimmt wurde, kann der Verarbeiter unter Verwendung der Beschreibungen der zweiten Ebene bestimmen, ob eine Anordnung vorliegt, die dazu führt, dass die Teile gemeinsam in den Bauraum passen, während die bestimmten thermischen Entkopplungsräume bereitgestellt werden.
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Die
US 2022/0 040 763 A1 offenbart ein Verfahren zum Definieren der Konstruktion eines Grünlings mit mindestens einem darin eingebetteten Objekt. Das Verfahren umfasst das Empfangen dreidimensionaler Daten, das Definieren des mindestens einen Objekts und das Identifizieren einer planaren Oberfläche in dem mindestens einen Objekt auf der Grundlage der dreidimensionalen Daten. Die Ausrichtung des mindestens einen Objekts wird so definiert, dass sich die planare Fläche zumindest teilweise über eine Z-Höhe des Grünlings erstreckt. Pro Schicht wird ein Maskenmuster definiert, um das mindestens eine Objekt in der definierten Orientierung durch ein additives Fertigungsverfahren mit Pulvermaterial zu bilden.
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Die
US 2022/0 288 862 A1 zeigt ein Abschirmverbinder für die Leiterplattenmontage, umfassend, einen Kontakt für Leiterplattenmontage; ein Gehäuse, das den Kontakt hält und eine passende Öffnung aufweist; eine Abschirmhülse, die das Gehäuse umgibt und in der Nähe eines hinteren Endabschnitts einen ersten Leiterplatten-Verbindungsabschnitt aufweist, der mit einem Erdungsmuster auf einer Leiterplatte zu verbinden ist; eine Umhüllung, die mit einem Steckdurchgang zum Stecken eines passenden Verbinders ausgebildet ist, wobei der Steckdurchgang nach vorne geöffnet ist und mit der passenden Öffnung in Verbindung steht; und ein Erdungselement in der Nähe eines vorderen Endabschnitts der Umhüllung mit einem zweiten Leiterplatten-Verbindungsabschnitt, der mit dem Erdungsmuster auf der Leiterplatte zu verbinden ist.
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Eine Aufgabe der folgenden Erfindung besteht darin, nach einem Herstellungsvorgang von Bauteilen mittels eines pulverbettbasierten Schmelzverfahrens die Entsorgung von thermisch zu stark belasteten losen Pulvern zu verbessern.
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Die
DE 10 2018 112 571 A1 bezieht sich allgemein auf Verfahren und Vorrichtungen zur Additivherstellung, die Kompressionskammern verwenden, um Druck auf wachsende Objekte zu reduzieren. Bei einem Aspekt stellt die Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen eines Objekts bereit. Das Verfahren umfasst (a) das Bestrahlen einer Schicht eines Pulvers in einem Aufbaubereich über einer Aufbauplattform, um einen fusionierten Bereich zu bilden; (b) das Bereitstellen einer nachfolgenden Schicht des Pulvers über dem Aufbaubereich; und (c) das Wiederholen der Schritte (a) und (b) bis wenigstens ein Abschnitt des Objekts, wenigstens eine Kammer und wenigstens eine Leitung in dem Aufbaubereich gebildet sind. Die Kammer umschließt einen Bereich von nicht fusioniertem Pulver und die Leitung erstreckt sich von einem Durchgang innerhalb der Aufbauplattform zu der Kammer. Das Verfahren enthält auch (d) das Entfernen von nicht fusioniertem Pulver von innerhalb der Kammer mittels der Leitung und des Durchgangs. Die Offenbarung stellt auch eine Vorrichtung zum Bilden von Kompressionskammern innerhalb eines Objekts bereit.
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Die
WO 2014 206 573 A2 zeigt ein Verfahren zum Generieren eines dreidimensionalen Bauteils durch selektives Laserschmelzen, umfassend: Generieren mindestens einer Prozessbeeinflussungseinrichtung durch selektives Laserschmelzen während des Generierens des dreidimensionalen Bauteils, sowie Aktivieren der Prozessbeeinflussungseinrichtung zum Einwirken auf einen bereits fertiggestellten Bereich des dreidimensionalen Bauteils vor der Fertigstellung des dreidimensionalen Bauteils. Die Erfindung betrifft auch eine Bearbeitungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens.
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Diese Aufgabe wird durch ein computerimplementiertes Verfahren, ein Verfahren sowie ein Computerprogramm gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerimplementiertes Verfahren zur Erzeugung von Baujobdaten zum Herstellen von Bauteilen mit einem pulverbettbasierten Schmelzverfahren, aufweisend folgende Schritte:
- - Insbesondere Bereitstellen von Modelldaten von zu erzeugenden Bauteilen;
- - Insbesondere Bereitstellen eines virtuellen Bauraums mit Begrenzungsmaßen, die einen äußeren Rand des virtuellen Bauraums bemessen, wobei der virtuelle Bauraum einen realen Volumenraum repräsentiert, welcher mit Pulver gefüllt wird, in welchem die zu erzeugenden Bauteile erzeugt werden sollen;
- - Insbesondere Erstellen wenigstens eines Anordnungsmusters durch Platzieren und Orientieren der zu erzeugenden Bauteile auf Basis der Modelldaten im virtuellen Bauraum;
- - Insbesondere Ermitteln einer Temperaturverteilung im virtuellen Bauraum für das Anordnungsmuster, die eine zu erwartende Temperaturverteilung des Pulvers im realen Volumenraum charakterisiert;
- - Insbesondere Generieren von Modelldaten von zumindest einem zu erzeugenden Hohlkörpers, welcher zwischen benachbarten zu erzeugenden Bauteilen im virtuellen Bauraum oder zwischen zumindest einem zu erzeugenden Bauteil und dem äußeren Rand des virtuellen Bauraums angeordnet werden kann, auf Basis des Anordnungsmusters und der Temperarturverteilung, wobei beim Herstellen der Bauteile mit dem Hohlkörper thermisch belastetes Pulver, welches sich innerhalb des Hohlkörpers befindet, eingekapselt werden kann;
- - Insbesondere Anpassen des Anordnungsmusters auf Basis des zumindest einen zu erzeugenden Hohlkörpers;
- - Insbesondere Extrahieren der Baujobdaten aus dem angepassten Anordnungsmuster; und
- - Insbesondere Bereitstellen der extrahierten Baujobdaten.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren können Baujobdaten zum Herstellen von Bauteilen derart erzeugt beziehungsweise generiert werden, dass bei einem späteren Herstellen der Bauteile mittels pulverbettbasiertem Schmelzverfahren thermisch zu stark belastetes Pulver, welches nach dem Herstellen der Bauteile zurückbleibt, leichter entsorgt werden kann. Hierbei kommt der zumindest eine Hohlkörper vorteilhaft zum Einsatz, da dieser Hohlkörper zusätzlich beim Herstellen der Bauteile mithergestellt wird und thermisch zu stark belastetes Pulver einschließt beziehungsweise einkapselt. Somit kann nach dem Herstellen der Bauteile der zumindest eine Hohlkörper oder mehrere Hohlkörper manuell oder automatisch entnommen werden, sodass das darin enthaltene Pulver entsorgt werden kann. Letztlich bleibt nur noch das lose Pulver übrig, welches für spätere Herstellungsverfahren mit einer gleichbleibenden Pulverqualität wieder verwendet werden kann.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Software-Tool für ein pulverbettbasiertes Schmelzverfahren bereitgestellt werden, mit welchem thermisch belastetes Pulver eingekapselt werden kann, um eine Aufrechterhaltung der Pulverqualität erreichen zu können.
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Bei additiver Fertigung von Kunststoffbauteilen, wie zum Beispiel bei dem pulverbasierten Verfahren, selektivem Lasersintern (SLS) und Multijetfusion (MJF), kann das umliegende nicht verfestigte Pulver wiederverwendet werden. Dieses Pulver kann eine thermische Belastung aufweisen, sodass infolgedessen die Pulvereigenschaft nicht mehr der des Ausgangspulvers entsprechen kann. Hierbei ist die thermische Belastung von der vorliegenden Packungsdichte und Bauteilanordnung und bauraumabhängig. Eine Abnahme der Pulverqualität infolge der thermischen Belastung hat zur Folge, dass die Bauteilqualität abnehmen kann und die Ausschussquote ansteigt. Insbesondere Pulverbereiche, die stark thermisch belastet werden, führen zu einer Abnahme der Pulverqualität. In solchen Bereichen, wo eine starke thermische Belastung vorliegt, kann erfindungsgemäß der Hohlkörper vorgesehen werden. Mittels des Hohlkörpers, welcher synchron zur Herstellung der Bauteile hergestellt werden kann, kann eine Einkapselung des später nicht mehr wiederzuverwendenden Pulvers durchgeführt werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auf eine Entscheidung von Bedienpersonal hinsichtlich der Entsorgung des Pulvers verzichtet werden. Bisher erfolgt die Entpulverung auf Basis von Erfahrungswissen, wobei Pulvermengen abhängig vom Anwender entweder wiederverwendet oder entsorgt werden. Hier kann durch das computerimplementierte Verfahren Abhilfe geschaffen werden. Bisher gab es hierfür kein objektives Vorgehen beziehungsweise eine Unterstützung für den Anwender bei der Entpulverung. Eine solche Unterstützung ist nun durch das computerimplementierte Verfahren oder den zusätzlich vorgesehenen zumindest einen oder mehrere Hohlkörper geschaffen. Die auf Erfahrungswerten basierte Entpulverung und Entsorgung von Pulver resultiert in einem erhöhten Materialverbrauch und einem geringeren Pulvernutzungsgrad. Dies kann durch das vorgeschlagene Verfahren ebenso positiv verbessert werden. Des Weiteren kann durch das vorgeschlagene Verfahren eine Verbesserung bei der Pulverqualität erreicht werden, da bisher durch den subjektiv geprägten Entscheidungsprozess bei der Entsorgung von Pulvermengen eine undefinierte Pulverqualität vorliegen kann. Durch die Einkapselung von zu stark thermisch belastetem Pulvermittel mittels eines oder mehrerer Hohlkörper kann eine gleichbleibende, insbesondere hohe Pulverqualität des wiederzuverwendenden Pulvers erreicht werden.
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Insbesondere kann mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens eine automatische Einkapselung von thermisch zu stark belasteten Pulverbereichen, die daraufhin eindeutig vom Anwender identifiziert werden können und als geschlossener Hohlkörper entsorgt werden kann. Dadurch können ein subjektiver Entscheidungsprozess und eine Abnahme der Pulverqualität vermieden werden. Die homogene Pulverqualität kann aufrechterhalten bleiben, und es werden keine zu stark thermisch belasteten Pulver wiederverwendet. Zudem sind die zu entsorgenden Pulvermengen von einer Kapsel, also dem Hohlkörper, umgeben, sodass die Entsorgung erheblich verbessert werden kann. Durch Einbringen des Hohlkörpers, wie zum Beispiel einer Kapsel, kann eine Differenzierung von verschiedenen Pulverbereichen erreicht werden, sodass durch eine automatisierte oder manuelle Entnahme des Hohlkörpers nur noch das Pulver nach dem Herstellen der Bauteile vorhanden ist, welches mit einer hohen Qualitätsgüte bei einem nachfolgenden Herstellungsvorgang verwendet werden kann.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann vermieden werden, dass thermisch zu stark belastetes Pulver wiederverwendet wird oder qualitativ noch hochwertiges Pulver bereits entsorgt wurde. Durch die Einbringung eines Hohlkörpers oder mehrerer Hohlkörper kann eine Trennung zwischen Pulvergüten innerhalb des Bauraums erreicht werden. Dadurch kann eine homogene Pulverqualität, ein höherer Pulvernutzungsgrad, niedrige Entsorgungsmengen an Pulver und eine definierte Pulverqualität, welche sich positiv auf Reproduzierbarkeit der Bauteileigenschaften auswirken kann, erreicht werden. Auf Basis des Anordnungsmusters, der herzustellenden Bauteile und der Temperaturverteilung innerhalb des virtuellen Bauraums können Zonen beziehungsweise Bereiche identifiziert, insbesondere simuliert, werden, welche bei einem nachfolgenden Herstellungsvorgang einen hohen Temperatureintrag auf das dortige Pulver bewirken.
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Das pulverbettbasierte Schmelzen ist eine Kategorie der additiven Fertigungsverfahren. Bei einem additiven Fertigungsverfahren wird Material, in der Regel Schicht für Schicht, zusammengefügt, um Werkstücke aus 3D-Modelldaten zu erzeugen. Zu den Verfahren dieser Kategorie zählen die Fertigungsprozesse, bei denen thermisch Energie selektiv Regionen eines Pulverbettes verbinden oder verschmelzen. Die Baujobdaten geben insbesondere an, an welchen Stellen das Pulver verschmolzen wird. Bei den Modelldaten handelt es sich beispielsweise um Computer-Added-Design (CAD)-Daten. Die Begrenzungsmaße des virtuellen Bauraums geben Maße des realen Volumenraums. In dem realen Volumenraum wird das Bauteil produziert.
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Das Erstellen wenigstens eines Anordnungsmusters kann als „Nesting?“ bezeichnet. Hierbei kann beispielsweise ein computerimplementiertes Verfahren, wie zum Beispiel eine Software, verwendet werden, um die Modelldaten, insbesondere des Anordnungsmusters, erzeugen zu können. Bei der Ermittlung der Temperaturverteilung im Bauraum kann eine Berechnung beziehungsweise Simulation durchgeführt werden, welche Temperaturen im realen Volumenraum beim Herstellen der Bauteile vorliegt. Die Temperaturverteilung kann anhand der Größe, Ausrichtung, Anordnung oder Vorrichtungseigenschaften resultieren.
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Nachdem das Anordnungsmuster bezüglich der zu erzeugenden Bauteile erstellt und somit generiert wurde, kann durch die Anordnung und insbesondere die Verteilung der Bauteile und die ermittelte Temperaturverteilung festgestellt beziehungsweise ermittelt werden, in welchen Bereichen ein erhöhter Temperatureintrag vorliegt und somit das dortige Pulver belastet werden kann. In diesen Bereichen, welche sich zwischen benachbarten Bauteilen oder zwischen einem Bauteil und einem äußeren Rand des virtuellen Raums befinden, können für die Erzeugung des Hohlkörpers in Betracht gezogen werden. Somit kann beispielsweise zwischen zwei oder mehreren benachbarten Bauteilen ein diesen Zwischenraum ausfüllender Hohlkörper generiert werden. Somit kann das dortige voraussichtlich zu stark belastete Pulver entsprechend eingekapselt werden. Insbesondere können mehrere Hohlkörper vorgesehen sein. Anschließend kann wiederum eine Anpassung des Anordnungsmusters auf Basis des zumindest einen Hohlkörpers vorgenommen werden. Somit können Baujobdaten entsprechend extrahiert werden, sodass beim Herstellen der Bauteile gleichzeitig beziehungsweise zeitgleich der zumindest eine Hohlkörper hergestellt werden kann.
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Beispielsweise kann die Temperaturverteilung im virtuellen Bauraum mittels eines Finite-Elemente-Methode (FEM)-Algorithmus berechnet werden. Daher kann die Temperaturverteilung besser simuliert werden. Eine Abweichung zwischen realen Temperaturwerten und simulierten Temperaturwerten kann gering gehalten werden. Beispielsweise beträgt die Abweichung weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, insbesondere weniger als 1%.
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Beispielsweise kann die Temperaturverteilung zeitabhängig für einen simulierten Druckablauf ermittelt, insbesondere ausgegeben werden. Mit anderen Worten kann die Temperaturverteilung nicht nur ortsabhängig, sondern auch zeitabhängig für den simulierten Druckablauf ermittelt werden. Bei dem Druckablauf, der auch als Druckvorgang bezeichnet werden, kann sich die Temperatur über die Zeit ändern. Beispielsweise kühlen untere Schichten, die bereits gedruckt sind, über die Zeit aus. Durch Berücksichtigung der Zeitabhängigkeit des Druckablaufs ist eine realitätsnahe Simulation möglich.
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Das erfindungsgemäße kann beispielsweise als Software-Ergänzung und/oder als eigenständiges Software-Tool zur gezielten Aufrechterhaltung der Pulverqualität unter strikter Trennung zwischen Pulverqualität innerhalb eines Bauraums verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf allen pulverbasierten, additiven Fertigungsverfahren von Kunststoff-, Metall- oder Keramikbauteilen, wie zum Beispiel „SLS“ („Selective Laser Sintering“), „MJF“ („Dreistrahl-Materialauftrag“, „Material Jetting“), „SLM“ („Selective Laser Melting“) oder „Binder Jetting“ angewendet werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Vermeidung von subjektiv geprägten Entscheidungen hinsichtlich der Wiederverwendung von Pulver durch eine objektive Bewertung vermieden werden. Des Weiteren kann eine strikte Trennung zwischen Pulvergüten durchgeführt werden. Des Weiteren können die verschiedensten Parameter beziehungsweise Ziel-Parameter bei der Herstellung und Ausgestaltung des Hohlkörpers manuell oder systemseitig vorgegeben beziehungsweise bestimmt werden. Eine gezielte Einstellung der Altpulverqualität kann durch die Einkapselung mittels des Hohlkörpers erreicht werden. Da ein zu stark belastetes Pulver entsprechend entsorgt werden kann, kann eine Materialeffizienz erreicht werden. Durch die Einkapselung von thermisch zu belastetem Pulver können wiederum andere Bereich mit Pulver von diesem abgeschirmt werden, sodass eine Materialschonung erreicht werden kann. Somit kann eine Steigerung der Bauteilqualität und Reproduzierbarkeit erreicht werden. Das eingekapselte, insbesondere lose, Pulver kann einfach entsorgt werden.
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Das erfindungsgemäße, computerimplementierte Verfahren kann in eine bestehende Baujob-Vorbereitungssoftware integriert werden. Durch die Einkapselung des zu entsorgenden Pulvers kann eine Reduzierung der Materialentsorgung und Materialkosten erreicht werden. Somit kann das zurückgebliebene Pulver eine homogene Pulverqualität zur Wiederverwendbarkeit bei späteren Herstellungsverfahren beziehungsweise -prozessen verwendet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auf Basis der Temperaturverteilung ein virtueller Zwischenraum, welcher zwischen zumindest den zu erzeugenden Bauteilen im virtuellen Bauraum und zwischen einem zu erzeugenden Bauteil und dem äußeren Rand des virtuellen Bauraums entsteht, in Bereiche unterteilt wird, für die individuelle Zielwerte einer Temperaturverteilung vorgegeben werden. Die Modelldaten des zumindest einen Hohlkörpers werden auf Basis der Bereiche generiert, insbesondere kann der Hohlkörper innerhalb des virtuellen Zwischenraums angeordnet werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann es sich bei dem virtuellen Zwischenraum um den Raum handeln, welcher nicht mit einem Bauteil versehen ist. Somit kann hinsichtlich des virtuellen Bauraums der gesamte Bereich, innerhalb welchem kein Bauraum platziert beziehungsweise positioniert ist, als virtueller Zwischenraum werden. Somit kann jeder einzelne Bereich, welcher sich zwischen Bauteilen und/oder zwischen Bauteilen und dem äußeren Rand erstreckt, zum virtuellen Zwischenraum angerechnet werden.
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Der virtuelle Zwischenraum kann wiederum in Bereiche, also virtuelle Teilbereiche, unterteilt werden. Für diese Unterteilung kann wiederum zu einem jeweiligen Bereich ein individueller Zielwert hinsichtlich einer dort vorliegenden Temperatur beziehungsweise Temperaturverteilung bereitgestellt beziehungsweise vorgegeben werden. Dies ist daher von Bedeutung, da der virtuelle Zwischenbereich nach einem späteren Herstellungsprozess der Bauteile der Bereich ist, welcher das lose Pulver, welches wiederverwendet werden kann, beinhaltet. Durch die Unterteilung der Bereiche und die individuellen Temperaturwerte kann somit festgestellt werden, in welchem dieser Teilbereiche beziehungsweise Bereiche ein hoher Temperatureintrag beziehungsweise eine hohe Temperatur vorliegt. In diesen Bereichen wiederum, wo eine erhöhte Temperatur beziehungsweise ein erhöhter Temperatureintrag vorliegt, kann wiederum ein Hohlkörper platziert werden, da voraussichtlich das dort am Schluss liegengebliebene lose Pulver thermisch zu stark belastet ist und entsprechend entsorgt werden sollte.
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Für einen jeweiligen Bereich kann der Zielwert für die Temperatur des Pulvers in dem jeweiligen Bereich vorgegeben werden. Insbesondere soll ein jeweiliger Zielwert für die Temperatur des Pulvers in einem realen Zwischenraum und dem realen Volumenraum erreicht werden. Die Vorgabe erfolgt beispielsweise durch einen Bediener. Es kann auch möglich sein, dass die Vorgabe durch einen „Maschinen-Learning-Algorithmus“ erfolgt. Dazu können Parameter, wie Pulver und Materialeigenschaften einer Druckvorrichtung beachtet werden. Bei dem Zielwert kann es sich beispielsweise um einen Temperaturmaximalwert handeln oder eine bestimmte Verteilung, die beispielsweise eine homogene Temperaturverteilung betrifft. Ist der Zielwert beispielsweise für eine homogene Temperaturverteilung vorgegeben, dann soll die Temperatur des Pulvers im virtuellen Bauraum und somit auch im realen Bauraum gleich sein.
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Als Zielwert kann insbesondere auch eingestellt werden, dass der Zwischenraum möglichst eine homogene Temperaturbelastung erfährt. Mit anderen Worten ist nicht nur die Einstellung eines quantitativen Zielwerts möglich, sondern auch eines qualitativen. Insbesondere wird der Zielwert so eingestellt, dass eine Qualität des verbleibenden Pulvers maximiert wird. Dadurch kann ein Ausschuss des Pulvers minimiert werden. Damit wird ein längerer Einsatz des Altpulvers erzielt, und es liegt eine kontrollierte Altpulverqualität vor.
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Beispielsweise kann der virtuelle Bauraum in Voxel oder Voxelgruppen unterteilt werden. Mit anderen Worten kann der virtuelle Bauraum mittels eines dreidimensionalen Gitters in Gitterpunkte unterteilt werden. Ein Gitterpunkt kann als ein Voxel bezeichnet werden. Mehrere Voxel können zu einer Voxelgruppe zusammengefasst werden. Für ein einzelnes Voxel und/oder eine einzelne Voxelgruppe kann als Zielwert ein konkreter Temperaturwert angegeben werden. Beispielsweise kann es sich bei den genannten Bereichen des virtuell unterteilten Zwischenraums um solche Voxel handeln.
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Daraus ergibt sich der Vorteil, dass einzelne Voxel und/oder Voxelgruppen thermisch höher belastet werden, um andere Voxel oder Voxelgruppen zu schützen. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass eine Menge an Pulver nicht mehr nutzbar ist, da die thermische Belastung zu hoch ist.
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Beispielsweise kann auf Basis von Voxeln, welche sich innerhalb des Zwischenraums befinden und wiederum eine hohe Temperaturbelastung aufweisen, für die Erstellung des Hohlkörpers berücksichtigt werden.
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Beispielsweise kann, nachdem die Bauteile entsprechend den Vorgaben im Bauraum platziert und orientiert wurden und die Laserkonturen oder Heizzonen bekannt sind, eine spezifische Klassifizierung der Voxel hinsichtlich der zu erwartenden thermischen Belastung des Materials durchgeführt werden. Hierbei kann die thermische Belastung durch den Abstand der Voxel oder Voxelgruppen zur Laserbahn beschrieben werden. Je dichter die Voxel an den Laserbahnen sind, desto höher ist die thermische Belastung, sodass dort das Pulver zu entsorgen ist und durch einen Hohlkörper eingekapselt werden sollte. Denkbar ist auch eine Berücksichtigung der Packungsdichte im Bauraum, also wie viele Bauteile in dem Bauraum platziert sind, wobei die Packungsdichte einen Temperaturstau erzeugen kann und somit das Pulver thermisch stärker belastet werden kann. Dies wiederum kann bei der Generierung der Daten des zumindest einen Hohlkörpers oder der mehreren Hohlkörper berücksichtigt werden. Voxel und/oder Voxelgruppen können unter der bereits bekannten Laserbahnen und dem daraus resultierenden Abstand von Voxel zur jeweiligen Laserbahn eine spezifische Temperatur, also ein Zielwert einer Temperaturverteilung, zugeordnet beziehungsweise zugewiesen werden.
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Beispielsweise kann eine Unterteilung in kalte, warme oder heiße Bereiche vorgenommen werden. Ebenfalls ist eine Unterteilung in Temperaturbereiche, wie beispielsweise 20 bis 100°C, 101 bis 150°C, 151 bis 170°C oder 171 bis 200°C, denkbar. Je höher der Temperatureintrag in dem unterteilten Bereich ist, desto stärker belastet ist das dortige Pulver. Des Weiteren können Bereiche abhängig von der jeweiligen Schmelztemperatur und Kristallisationstemperatur des verwendeten Materials gewählt werden. Es kann ein Grenzwert oder Schwellwert definiert werden, wie zum Beispiel eine absolute Temperatur oder ein Intervall, ab dem die Voxel oder Voxelgruppe automatisch von dem Hohlkörper umgeben werden. Dies kann bei der Generierung der Modelldaten berücksichtigt werden. Beispielsweise kann der Herstellungsprozess der Bauteile mittels eines Lasers ebenso wie bei der Herstellung der Bauteile die jeweiligen Voxel mit den Lasern herum gearbeitet werden und somit den Hohlkörper bilden und das darin enthaltene thermisch belastete Pulver einschließen. Dieser Hohlkörper kann daraufhin bei der späteren Entpulverung von einem Anwender oder einer automatisierten Vorrichtung identifiziert und entsorgt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der zumindest eine Hohlkörper in dem virtuellen Zwischenraum so angeordnet wird, dass eine Außenkontur des Hohlkörpers zumindest bereichsweise an den benachbarten zu erzeugenden Bauteilen unmittelbar beabstandet anliegt oder die Außenkontur des Hohlkörpers zumindest bereichsweise an dem zumindest einen zu erzeugenden Bauteil und dem äußeren Rand des virtuellen Bauraums unmittelbar beabstandet anliegt. Da ein Temperatureintrag zwischen den zu erzeugenden Bauteilen oder zwischen Bauteilen und dem äußeren Rand am größten ist und dort das Pulver thermisch stark belastet ist, wird dort jeweils ein Hohlkörper so platziert beziehungsweise positioniert, dass das dort thermisch belastete Pulver zumindest teilweise, insbesondere vollständig, durch den Hohlkörper eingeschlossen beziehungsweise eingekapselt wird. Hierzu kann die Außenkontur des Hohlkörpers an den umliegend angeordneten Bauteilen unmittelbar beabstandet anliegen. Beispielsweise kann zwischen zwei Bauteilen der Hohlkörper angeordnet sein, und der Hohlkörper kann an seiner Außenkontur einen minimalen Abstand jeweils zu den benachbarten Bauteilen aufweisen. Dieser minimale Abstand kann beispielsweise durch die Laserbahn beziehungsweise durch den Laserstrahl vorgegeben werden. Somit kann zwischen zwei Bauteilen das dort stark belastete Pulver durch den Hohlkörper eingekapselt und später entsorgt werden.
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Beispielsweise kann eine Laserbahn für die Erzeugung der Außenkontur des Hohlkörpers so angeordnet beziehungsweise vorgesehen sein, dass sich diese Laserbahn des Hohlkörpers an die Kontur der Bauteile beziehungsweise an die vorliegende thermische Belastung des Pulvers anpassen. Somit ist zwischen dem Hohlkörper und den Konturen der Bauteile als Abstand die Breite beziehungsweise die Dicke der Laserbahn vorgegeben. Somit kann ohne Verschwendung von Bauraum möglichst komplett dort belastete thermisch belastete Pulver mittels des Hohlkörpers eingeschlossen werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der zumindest eine Hohlkörper in dem virtuellen Zwischenraum so angeordnet wird, dass der Hohlkörpers zu den benachbarten zu erzeugenden Bauteilen einen vorgegebenen Abstand aufweist, oder der Hohlkörpers zu dem zumindest einen zu erzeugenden Bauteil und dem äußeren Rand des virtuellen Bauraums einen vorgegebenen Abstand aufweist. Der vorgegebene Abstand kann beispielsweise durch die Laserbahn und insbesondere durch die Breite der Laserbahn vorgegeben werden. Dadurch kann mittels des Hohlkörpers möglichst viel thermisch belastetes Pulver eingekapselt werden. Jedoch sollte zwischen dem Hohlkörper und dem Bauraum oder dem äußeren Rand ein minimaler Abstand gegeben sein, da sonst ein Verschmelzen des Hohlkörpers mit den Bauteilen eintreten kann.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auf Basis einer Temperaturverteilung zwischen den benachbarten zu erzeugenden Bauteilen im virtuellen Bauraum oder zwischen dem zumindest einen zu erzeugenden Bauteil und dem äußeren Rand des virtuellen Bauraums eine Wandstärke des Hohlkörpers angepasst und bei dem Generieren der Modelldaten des Hohlkörpers berücksichtigt wird. Dadurch kann beispielsweise der Hohlkörper gegenüber den benachbarten Bauteilen abgeschirmt werden. Hierbei kann die Wandstärke des Hohlkörpers von einem Anwender eigenständig gewählt oder von einer Software oder einem System automatisch generiert werden. Beispielsweise kann der Wandstärkenbereich zwischen 100 µm und 1000 µm liegen. Insbesondere vorteilhaft ist eine Wandstärke von beispielsweise 500 µm. Insbesondere kann die Wandstärke so gering wie möglich gestaltet werden, um eine zusätzliche thermische Belastung des umliegenden Pulvers zu vermeiden. Die Wandstärke kann darüber hinaus kontinuierlich oder variabel ausgestaltet werden, was beispielsweise systemseitig vorgenommen werden kann.
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Der Abstand der Laserbahn des Hohlkörpers zu den Bauteilen kann so gering wie möglich gehalten werden, um möglichst viel thermisch stark belastetes Pulver zu binden, also durch den Hohlkörper einzuschieben. Beispielsweise kann eine Laserbahn zur Erzeugung des Hohlkörpers und eine Laserbahn zur Erzeugung der Bauteile einen Abstand von 100 µm aufweisen. Ein Verbinden beziehungsweise eine Verbindung zwischen Bauteilen und dem Hohlkörper ist zu vermeiden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auf Basis einer Temperaturverteilung zwischen den benachbarten zu erzeugenden Bauteilen im virtuellen Bauraum oder zwischen dem zumindest einen zu erzeugenden Bauteil und dem äußeren Rand des virtuellen Bauraums und dem Anordnungsmuster eine geometrische Form des Hohlkörpers bestimmt wird, wobei dies bei dem Generieren der Modelldaten des Hohlkörpers berücksichtigt wird.
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Die Form des Hohlkörpers beziehungsweise die Ausgestaltung des Hohlkörpers kann so vorgenommen beziehungsweise bestimmt werden, dass das thermisch belastete Pulver möglichst vollständig eingekapselt beziehungsweise eingeschlossen werden kann. Beispielsweise kann das Design des Hohlkörpers beziehungsweise des Hohlelements vordefinierte Körper, wie zum Beispiel einen Würfel, eine Kugel, eine Pyramide oder eine sonstige geometrische Form einnehmen. Ebenso kann das Design beziehungsweise die Form des Hohlkörpers beliebig und somit frei definiert sein. Dies kann wiederum durch die Software erfolgen.
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Insbesondere erfolgt die Ausgestaltung des Hohlkörpers in Abhängigkeit der Ausbreitung des thermisch zu stark belasteten Pulvers. Denkbar ist ebenfalls eine völlig undefinierte Kontur. Ebenso kann die Außenhülle des Hohlkörpers glatt beziehungsweise unregelmäßig sein. Ebenso kann die Außenhülle des Hohlkörpers rau beziehungsweise mit einer definierten Haptik versehen sein. Insbesondere sollte der Hohlkörper so ausgestaltet sein, dass er sich von den Bauteilen unterscheidet und insbesondere davon verschieden ausgestaltet ist, sodass der Hohlkörper einfach erkannt und entsprechend entsorgt werden kann.
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Beispielsweise kann die Form systemseitig oder manuell vorgegeben werden. Laserparameter, also des Lasers für das Aufschmelzen des Pulvers, mit denen der Hohlkörper erzeugt wird, können entweder den Parametern entsprechen, mit denen die Bauteile erzeugt werden oder frei gewählt werden.
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Denkbar ist ebenso, dass die Parameter nicht auf eine möglichst hohe Bauteilgüte ausgelegt werden, sondern auf eine möglichst schnelle, wenig qualitativ hochwertige Oberflächengüte des Hohlkörpers ausgelegt werden. Dadurch kann der Energieeintrag beziehungsweise der Aufwand zur Erzeugung des Hohlkörpers gering gehalten werden, da der Hohlkörper später ausgesondert wird und nicht wie die Bauteile für Anwendungen verwendet wird.
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Des Weiteren kann für die Erzeugung des Hohlkörpers eine Lasergeschwindigkeit minimiert und die Laserintensität minimiert werden. Denkbar ist auch, dass die äußere Konturlinie des Hohlkörpers eine hohe Oberflächengüte fordert, um ein Verbinden mit anderen Bauteilen zu vermeiden und eine möglichst geringen Laserbahnabstand zwischen Hohlkörper und Bauteilen zu erreichen. Dementsprechend können die inneren Konturen, also die zu dem thermisch belasteten Pulver gerichtet, weniger hochwertig gefertigt werden. Des Weiteren ist es denkbar, dass der Hohlkörper auf seiner Außenfläche mit einer Markierung, zum Beispiel einer Schrift oder einem Symbol, versehen wird, um eindeutig den Hohlkörper als zu entsorgendes Teil identifizieren beziehungsweise markieren zu können. Markierungen können ebenfalls durch Aufschmelzen des Pulvers mittels Laser generiert werden.
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Eine weitere Möglichkeit für die Generierung der Modelldaten für den Hohlkörper ist die Berücksichtigung der Bereiche beziehungsweise Voxel. Beispielsweise kann festgelegt werden, ab welcher Anhäufung von thermisch zu stark belasteten Voxeln dieses Voxel von dem Hohlkörper automatisch gebunden werden sollte. Denkbar wäre, dass an einer Pulvermenge von mehr als einem Gramm, welches als stark belastetes Pulver klassifiziert wird, diese automatisch von dem Hohlkörper umgeben werden soll.
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Pulver, welches für die Kontur des Hohlkörpers verwendet wird, kann entweder dem thermisch zu stark belasteten Pulver zugeordnet werden oder dem Pulver, welches theoretisch wiederverwendet werden kann. Dies kann durch den Anwender oder durch eine Software vorgenommen werden. Die Software beziehungsweise ein Computerprogramm, welches für die Implementierung des computerimplementierten Verfahrens verwendet wird, kann als eigenständige Software bei der Baujob-Vorbereitung verwendet werden oder als Ergänzung in bestehende Software-Tools zur Baujob-Vorbereitung. Zu berücksichtigen bei den zu erzeugenden Baujobdaten ist, dass der Hohlkörper nur loses Pulver, aber keine zu fertigenden Bauteile umgibt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass als Baujobdaten Konstruktionsdaten, insbesondere CAD-Daten, bereitgestellt werden, die angeben, an welchen Stellen im Pulver jeweils für eine aufgetragene Pulverschicht thermische Energie durch eine gerichtete Energiequelle eingebracht wird, um an diesen Stellen das Pulver selektiv zu verbinden oder zu verschmelzen. Bei der Energiequelle kann es sich um einen Laser handeln.
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Beispielsweise können reale Temperaturen während des Druckvorgangs überwacht werden. Beispielsweise wird die Temperatur mittels optischer Temperatursensoren gemessen. Die gemessenen Temperaturwerte können de Machine-Learning-Algorithmus als Eingangsparameter zur Verfügung gestellt werden. Dadurch ist es möglich, dass überprüft werden kann, ob die ermittelte Temperaturverteilung den gemessenen Temperaturwerten entspricht. Weiterhin kann die Vorgabe der individuellen Temperaturziele verbessert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen mit einem pulverbettbasierten Schmelzverfahren, aufweisend folgende Schritte:
- - Aufbringen eines Pulvers als Pulverbett auf eine Auflage;
- - Selektives thermisches Einwirken auf das Pulver mittels einer gerichteten Energiequelle abhängig von den Baujobdaten, die nach einem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche erzeugt wurden;
- - Entfernen des Pulvers; und
- - Zuführen wiederverwendbaren Pulvers, das Teil des entfernten Pulvers ist, für einen nächsten Herstellungszyklus;
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Dadurch ist ein pulversparendes und das Pulver effizient nutzendes Herstellungsverfahren erreicht. Der Pulverausschuss kann deutlich reduziert werden. Die Bauteile können auch formpräziser hergestellt werden. Insbesondere ist dadurch auch die Dichte von Bauteilen, die bei dem Prozess hergestellt werden, erhöht.
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Das Aufbringen des Pulvers als Pulverbrett auf eine Auflage erfolgt abhängig von den Baujobdaten. Die Baujobdaten werden insbesondere nach dem oben genannten Verfahren bestimmt und bereitgestellt. Das Entfernen des Pulvers kann als „Depowdering“ bezeichnet werden. Insbesondere kann das entfernte Pulver wiederverwendet werden. Durch die Qualität und die Quantität dieses wiederverwendbaren Pulvers soll das Verfahren zur Erzeugung der Baujobdaten verbessert werden.
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Insbesondere kann zum einen das lose Pulver, welches keine thermische Belastung ist, entfernt werden. Ebenso wiederum kann das Pulver, welches zu stark belastet ist, durch Wegnahme beziehungsweise durch Entnahme des Hohlkörpers realisiert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, aufweisend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren nach den vorherigen Aspekten und einer vorteilhaften Weiterbildung auszuführen, und welches in einer Speichereinheit ladbar ist und durch einen Prozessor ausführbar ist. Insbesondere kann mit dem soeben genannten Computerprogramm das eingangs genannte computerimplementierte Verfahren zur Erzeugung von Baujobdaten verwendet werden.
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Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen Computerprogramms, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen Computerprogramms hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels zur Erzeugung von Baujobdaten zum Herstellen von Bauteilen;
- 2 eine schematische Draufsicht eines realen Volumenraums mit herzustellenden Bauteilen und Hohlkörpern;
- 3 eine schematische Darstellung eines virtuellen Bauraums mit einem zwischen zwei Bauteilen angeordneten Hohlkörper;
- 4 eine weitere schematische Ausführung einer Anordnung von Bauteilen und Hohlkörpern im virtuellen Bauraum;
- 5 eine beispielhafte Detaildarstellung des virtuellen Bauraums aus 4;
- 6 eine schematische Darstellung eines quadratischen Hohlkörpers;
- 7 eine schematische Schnittdarstellung des Hohlkörpers aus 6;
- 8 eine schematische Darstellung einer Hohlkörpers in einer zylindrischen Form;
- 9 eine schematische Schnittdarstellung des Hohlkörpers aus 8;
- 10 eine weitere mögliche Ausgestaltung des Hohlkörpers;
- 11 eine schematische Schnittdarstellung des Hohlkörpers aus 10;
- 12 eine weitere Ausgestaltung des Hohlkörpers mit einer inneren Öffnung beziehungsweise einem inneren Bereich; und
- 13 eine schematische Schnittdarstellung des Hohlkörpers aus 12.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise eines Simulationsverfahrens zur Erzeugung von Baujobdaten zum Herstellen von Bauteilen mit einem pulverbettbasierten Schmelzverfahren.
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In einem optionalen Schritt S1 können Modelldaten von zu erzeugenden Bauteilen 1 (vergleiche 2) bereitgestellt werden. Diese Modelldaten können beispielsweise als CAD-Daten bereitgestellt werden. In einem nachfolgend optionalen Schritt S2 kann ein virtueller Bauraum 2 (vergleiche 3) mit Begrenzungsmaßen 3a, 3b, 3c (vergleiche 3) bereitgestellt werden. Die Begrenzungsmaße 3a, 3b, 3c können einen äußeren Rand des virtuellen Bauraums 2 bemessen. Der virtuelle Bauraum 2 kann einen realen Volumenraum 4 (vergleiche 2) repräsentieren. Der reale Volumenraum 4 kann virtuell mit Pulver 5 (vergleiche 2) gefüllt werden. In und mit dem Pulver 5 können die zu erzeugenden Bauteile 1 erzeugt werden.
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Beispielsweise kann ein Zielwert für eine Temperatur für einen virtuellen Zwischenraum 6 (vergleiche 3) vorgegeben werden. Der virtuelle Zwischenraum 6 kann zwischen den zu erzeugenden Bauteilen 1 in dem virtuellen Bauraum 2 und zwischen einem zu erzeugenden Bauteil 1 und dem äußeren Rand des virtuellen Bauraums 2 entstehen.
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In einem weiteren Schritt S3 kann wenigstens ein Anordnungsmuster 7 (vergleiche 3) durch Platzieren und Orientieren der zu erzeugenden Bauteile 1 auf Basis der Modelldaten im virtuellen Bauraum 2, insbesondere abhängig von dem Zielwert, erstellt werden.
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In einem weiteren optionalen Schritt S4 kann eine Temperaturverteilung in dem virtuellen Bauraum 2 für das Anordnungsmuster 7 ermittelt werden. Die Temperaturverteilung kann eine zu erwartende Temperaturverteilung des Pulvers 5 im realen Volumenraum 4 charakterisieren.
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Anhand der Temperaturverteilung kann beispielsweise eine Zonendefinition, wie zum Beispiel kalte oder heiße Bereiche, vorgenommen werden. Hierfür können in einem optionalen fünften Schritt S5 Parameter für die Bauteilherstellung, wie zum Beispiel Lasergeschwindigkeit, Laserintensität, Heizzonen oder Schichtdicken, zur Verfügung gestellt werden.
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Bei dem Herstellen der Bauteile 1 kann ein Temperatureintrag in um die Bauteile 1 herum loses Pulver 5 ausgeübt werden. Durch diesen Temperatureintrag kann dieses Pulver so stark belastet, insbesondere thermisch belastet, sein, dass es für spätere Herstellungsvorgänge nicht mehr wiederverwendet werden kann. Hierzu kann dieses thermisch belastete Pulver 8 (vergleiche 2) mittels eines Hohlkörpers 9 eingekapselt beziehungsweise umschlossen werden. Dies kann wiederum in einem optionalen Schritt S6 erfolgen. Hierbei können Modelldaten des Hohlkörpers 9 oder von mehreren Hohlkörpern generiert werden. Dieser Hohlkörper kann zwischen benachbarten zu erzeugenden Bauteilen 10 (vergleiche 2) angeordnet sein. Ebenfalls denkbar ist, dass der Hohlkörper 9 zwischen zumindest einem Bauteil 1 und dem äußeren Rand des virtuellen Bauraums 2 angeordnet werden kann. Für die Generierung dieser Modelldaten können das Anordnungsmuster 7 und die Temperaturverteilung berücksichtigt werden. Bei einem Herstellen der Bauteile 1 kann synchron der Hohlkörper 9 hergestellt werden, sodass in diesem hohlen Körper das thermisch belastete Pulver 8 eingekapselt werden kann. Nach Herstellung der Bauteile 1 kann wiederum durch Entfernen des Hohlkörpers 9 das thermisch belastete Pulver 8 entfernt werden, sodass dies nicht wiederverwendet wird.
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Da der zumindest eine Hohlkörper 9 insbesondere erst, nachdem das Anordnungsmuster 7 erzeugt wurde, generiert werden konnte, kann nach dem Generieren der Modelldaten des Hohlkörpers 9 eine Anpassung des Anordnungsmusters 7 erfolgen.
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Hinsichtlich der Festlegung beziehungsweise Bestimmung des Hohlkörpers 9 können in einem optionalen Schritt S7 Parameter beziehungsweise Eingangsgrößen, welche für die Erzeugung beziehungsweise für die Verwendung eines Hohlkörpers 9 verwendet werden können, bereitgestellt werden. Um zum einen festzustellen, welche Bereiche einen erhöhten Temperatureintrag aufweisen, kann der virtuelle Bauraum 2 in Voxel 11 und/oder in Voxelgruppen 12 eingeteilt beziehungsweise unterteilt werden. Beispielsweise handelt es sich bei dem Voxel 11 um quaderförmige, insbesondere würfelförmige, Volumeneinheiten innerhalb des virtuellen Bauraums 2. Insbesondere sind die Voxel 11 gleich groß. Mehrere Voxel 11 können beispielsweise eine Voxelgruppe 12 bilden. Für jeden dieser Voxel kann eine dortige Temperatur beziehungsweise Temperaturverteilung simuliert beziehungsweise vorgegeben werden. Somit können Bereiche beziehungsweise Zonen detektiert beziehungsweise festgestellt werden, welche eine hohe Temperatur aufweisen und dementsprechend thermisch belastetes Pulver 8 aufweisen. In diesem Schritt S7 können beispielsweise als Parameter eine Wandstärke 13 (vergleiche 2), welche der Hohlkörper 9 aufweisen sollte, vorgegeben werden. Ebenso kann eine Menge von Voxeln 11 und/oder eine Voxelgruppe 12 vorgegeben werden. Wenn innerhalb benachbarter Voxel 11 ein Temperaturschwellwert erreicht und/oder übertroffen wurde, so können diese Voxel 11 automatisch mittels zumindest des Hohlkörpers 9 eingekapselt werden. Ebenso kann eine Lasergeschwindigkeit und/oder Laserintensität eines Lasers bereitgestellt werden. Ebenso kann ein Design, eine Ausgestaltung und/oder eine geometrische Form des Hohlkörpers 9 vorgegeben beziehungsweise festgelegt werden. Ebenso kann ein Abstand zwischen Bauteilen 1 und Laserbahnen 15 vorgegeben werden. Bei der Laserbahn 15 handelt es sich um eine Kontur des Lasers 14 zum Aufschmelzen des Pulvers, insbesondere zur Erzeugung der Bauteile 1. Die Laserbahn 15 kann wiederum als Abstand zwischen der Kontur des Bauteils 1 und der Hohlkörpers 9 angesehen werden.
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In einem optionalen Schritt S8 können anhand der angepassten Anordnungsmuster 7 die Baujobdaten extrahiert und insbesondere bereitgestellt werden.
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2 zeigt ein Beispiel für einen Volumenraum 4. Hierbei sind in einer Draufsicht die zu erzeugenden beziehungsweise bereits erzeugten Bauteile 1 dargestellt. Hierbei ist zum einen zu sehen, wie die drei Bauteile 10 so angeordnet sind, dass ein Zwischenraum gebildet ist, welcher thermisch zu stark belastetes Pulver 8 aufweisen kann und dies mittels des Hohlkörpers 9 eingekapselt ist. Des Weiteren sind die Bauteile 16 sehr nahe anliegend positioniert, sodass dazwischen ebenfalls zumindest bereichsweise ein Hohlkörper 17 angeordnet ist.
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Das Anordnungsmuster 7 ist eine Möglichkeit, wie die zu erzeugenden Bauteile 1 innerhalb des virtuellen Bauraums 2 platziert und orientiert werden können. Dabei kann es insbesondere notwendig sein, dass Rahmenbedingungen erfüllt werden können. Mögliche Rahmenbedingungen sind beispielsweise, dass sich die zu erzeugenden Bauteile 1 nicht überschneiden dürfen und/oder ein Mindestabstand zwischen den zu erzeugenden Bauteilen 1 untereinander und/oder zu den äußeren Rändern des virtuellen Bauraums 2 eingehalten werden muss und/oder eine Mindestanzahl an zu erzeugenden Bauteilen 1 innerhalb des virtuellen Bauraums 2 platziert werden muss.
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Anhand der extrahierten Baujobdaten kann mittels eines Systems 17 beziehungsweise einer Druckeinrichtung, welche wiederum die Laser beziehungsweise Lasereinrichtung sein kann, die Bauteile 1 in einem realen Herstellungsverfahren hergestellt werden. Die Bauteile 1 können durch pulverbettbasiertes Schmelzen erzeugt werden. Insbesondere kann dazu zumindest eine Pulverschicht aufgetragen werden. Diese kann dann lokal mittels des Lasers 14 beziehungsweise einer thermischen Energiequelle erhitzt werden. Das erhitzte Pulver 4 zerschmilzt anschließend. Anschließend kann die nächste Pulverschicht aufgebracht werden. Anhand des angepassten Anordnungsmusters 7 und insbesondere der Hohlkörper 9, 17 ist es möglich, dass das thermisch belastete Pulver 8, welches nicht für das Herstellen der Bauteile 1 benötigt wurde, entsprechend reagiert beziehungsweise eingekapselt wird, um dieses anschließend entsorgen zu können. Des Weiteren können wiederum Bereiche, wie der Bereich 18, vorhanden sein, welche aufgrund der Abstände zu den Bauteilen 1 thermisch nicht belastetes Pulver enthalten kann. Dies kann wiederum für spätere Herstellungsprozesse wiederverwendet werden.
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In der 3 ist, wie bereits erwähnt, eine schematische Darstellung des virtuellen Bauraums 2 dargestellt. Hierbei ist exemplarisch der virtuelle Zwischenraum 6, innerhalb welchem sich kein Bauteil oder kein Hohlkörper befindet, dargestellt. Hierbei sind zwei Bauteile 1 übereinander angeordnet, und dazwischenliegend befindet sich der Hohlkörper 9 mit dem thermisch zu stark belasteten Pulver 8.
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In der 4 ist eine weitere beispielhafte Darstellung des virtuellen Bauraums 2 zu sehen. Hierbei ist eine Schnittdarstellung dargestellt. Hierbei sind mehrere Bauteile 1 eng zueinander angeordnet. In den Bereichen zwischen den Bauteilen 1 sind mehrere Hohlkörper 9 vorgesehen, da durch die enge Anordnung der Bauteile 1 das dazwischenliegende Pulver thermisch zu stark belastet wird und nach dem Herstellungsvorgang der Bauteile 1 entsorgt werden muss.
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In 5 ist wiederum ausgehend von der 1 eine Detaildarstellung beziehungsweise ein Ausschnitt zu sehen. Hierbei sind zwischen zwei Bauteilen 1 der Hohlkörper 9 zu sehen und das darin enthaltene thermisch belastete Pulver 8. Umliegend kann wiederum das weniger belastete Pulver 5 vorliegen. Zwischen dem Hohlkörper 9 und den Bauteilen 1 kann ein vorgegebener Abstand 23 vorliegen beziehungsweise festgelegt sein. Insbesondere soll sich der Hohlkörper 9 mit keinem Bauteil 1 berühren.
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Der Hohlkörper 9 beziehungsweise die Einkapselung kann im Querschnitt verschiedenste geometrische Ausgestaltungen aufweisen. Denkbar ist beispielsweise die Gestalt eine Quadrats, eines Kreises, eine Rechtecks, eines Dreiecks oder einer stufigen Gestalt. Insbesondere ist jede beliebige Form denkbar. Der Hohlkörper 9 kann rotationssymmetrisch sein oder vollkommen wahllos oder beliebig. Ebenso kann er translationssymmetrisch sein.
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In der 6 ist eine beispielhafte Darstellung des Hohlkörpers 9 in Form eines Quaders dargestellt. Hierzu ist wiederum in der 7 eine Schnittdarstellung gezeigt, sodass hier umliegend der Hohlkörper 9 und das darin enthaltene thermisch belastete Pulver 8.
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In der 8 ist wiederum der Hohlkörper 9 als Zylinder dargestellt. Hierzu ist wiederum in der 9 eine Schnittdarstellung dargestellt, wo das in dem Hohlraum beinhaltete Pulver 8 zu sehen ist.
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In der 10 ist wiederum eine wahllose beziehungsweise formlose Geometrie des Hohlkörpers 9 dargestellt. Insbesondere kann je nach Ausgestaltung des Anordnungsmusters 7 und insbesondere der Anordnung der Bauteile 1 und der Temperaturverteilung die Form beliebig angepasst werden. In der 11 ist wiederum ein Schnitt betreffend die Darstellung aus 10 dargestellt.
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In der 12 ist eine weitere denkbare Ausgestaltung des Hohlkörpers 9 dargestellt. Hierbei kann der Hohlkörper 9 eine innere Öffnung aufweisen. In dieser Öffnung 24 beziehungsweise in diesem inneren Bereich kann sich wiederum Pulver befinden, welches einen weniger starken Temperatureintrag erfahren hat. Wie in der 13, die eine Schnittdarstellung des gezeigten Hohlkörpers 9 aus 12 dargestellt, zu sehen ist, befindet sich zwischen der äußeren Kontur des Hohlkörpers 9 und der Öffnung 24 das thermisch belastete Pulver 8. Innerhalb der dieser Öffnung 24 kann wiederum noch wiederverwendbares Pulver vorhanden sein. Somit kann je nach Ausgestaltung der Baujobdaten und insbesondere je nach Gegebenheiten beziehungsweise des Herstellens von Teilen mittels eines Schmelzverfahrens die Form beziehungsweise Ausgestaltung des Hohlkörpers 9 beliebig angepasst beziehungsweise variiert werden. Somit kann je nach Herstellungssituation beziehungsweise Anwendungsfall dafür gesorgt werden, dass thermisch zu stark belastetes Pulver 8 nicht in weiteren Verarbeitungsschritten verwendet wird. Dies wird durch die Einkapselung dieses Pulvers 8 mittels des Hohlkörpers 9 erreicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteile
- 2
- virtueller Bauraum
- 3
- Begrenzungsmaße
- 4
- realer Volumenraum
- 5
- Pulver
- 6
- virtueller Zwischenraum
- 7
- Anordnungsmuster
- 8
- thermisch belastetes Pulver
- 9
- Hohlkörper
- 10
- Bauteile
- 11
- Voxel
- 12
- Voxelgruppe
- 13
- Wandstärke
- 14
- Laser
- 15
- Laserbahn
- 16
- Bauteil
- 17
- Hohlkörper
- 18
- Bereich
- 19
- System
- 20
- Speichereinheit
- 21
- Auswerteeinheit
- 22
- Ausgabeeinheit
- 23
- Abstand
- 24
- Öffnung
- S1 bis S8
- Schritte