EP3387565A2 - Verfahren und vorrichtung zur prüfung eines eingangsdatensatzes einer generativen schichtbauvorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur prüfung eines eingangsdatensatzes einer generativen schichtbauvorrichtung

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EP3387565A2
EP3387565A2 EP16815778.2A EP16815778A EP3387565A2 EP 3387565 A2 EP3387565 A2 EP 3387565A2 EP 16815778 A EP16815778 A EP 16815778A EP 3387565 A2 EP3387565 A2 EP 3387565A2
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EP
European Patent Office
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parameter
parameter value
value
produced
minimum
Prior art date
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EP16815778.2A
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Vincent ANTOINE
Andreas KAHLER
Christoph Mair
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EOS GmbH
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EOS GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for testing an input data set of a generative layer construction device as well as to a generative layer construction device which is suitable for carrying out the layer construction method.
  • Generative layer construction processes such as, for example, laser sintering or melting or stereolithography, are outstandingly suitable for the production of components with complex geometries, and in particular also for the production of components which are individually tailored to a particular user or for a specific application.
  • the components are thereby produced in layers, that is, the component is formed by stacking of cross sections of the component.
  • cross section is formed for cross section and the individual cross sections are connected to the underlying and overlying cross sections.
  • CAD model ie, generally a computer-based model
  • the design of such a CAD model is usually in the hands of a development engineer who is skilled in the art to which the component is associated and who has a thorough knowledge of the environment of use of the component and the technical characteristics that it is intended to have , In the following, such a person skilled in the art is referred to as "CAD Designer".
  • non-generative layer construction method there are also subsequent production steps by means of a generative layer construction process, which can lead to limitations in the design of the model.
  • the cleaning of laser sintered parts after the production process is often done by one Blasting process to remove adhering powder on the component.
  • the effectiveness of such a cleaning process is dependent on the component geometry. Removal of adhering powder from intricately shaped cavities, for example, can be very difficult and may not be feasible at all by the blasting technique.
  • the method according to the invention is a computer-aided method for checking an input data record of a generative layer building apparatus comprising at least the following step:
  • An input data set for a generative layer building apparatus essentially comprises a computer-based model of an object to be produced with the generative layer building apparatus.
  • the method according to the invention can make use, for example, of a database for the comparison of parameter values in the computer-based model with limit parameter values, in which limit parameter values are stored for a method used in the production of the object, that is to say parameter values that can just be achieved by means of this method.
  • a method used in the production of the object can be the generative layer that can be carried out by means of the generative layer construction device
  • a method step is considered in particular as a sub-step in the production of the object, if no meaningful use of the object according to the intended use is possible without this method step. If, for example, the object is a jewelery item, then it can be assumed that no meaningful use is possible without a cleaning of the item after the manufacturing process.
  • the computer-based model is typically a 3D CAD model of an object to be manufactured.
  • the model can also be in STL format or
  • At least one parameter value from the computer-based model is used for a comparison with a limit parameter value of a method used in the production of the object.
  • This limit parameter value refers to the process stability of the process, i. H. it represents a limit beyond which it can no longer be guaranteed that by means of the method the object to be produced is process-stable, i. without the occurrence of mitirregularticianen, can be produced.
  • the method is laminar generative fabrication in a layered fashion of a metal object using a given generative layering device, the following may be considered: for certain dimensions (particularly wall thicknesses or the like) of the metal object, it may change during the manufacturing process due to temperature changes In the metal object, a component distortion occurs, which might have no negative effects on the metal object itself after completion of the manufacturing process. Nevertheless, such a delay can cause the manufacturing process itself to be unstable becomes.
  • a coater in a powder-based layer building apparatus when applying a next powder layer the collision-free part of the previously produced partial metal object is no longer run over collision-free, but abuts locally on it. This can cause further distortion or superficial damage to the coater or metal object; in extreme cases, it can lead to the production process being interrupted and even interrupted.
  • process-stable production refers to whether a method with respect to the at least one parameter value in the computer-based model reaches its production limits (ie, exceeds or falls short of the respective limit parameter value). In fact, in such a case, there is no guarantee that the planned object can be manufactured safely (ie process-stable) by means of the method.
  • the inventive method further comprises the step of outputting information to a user in the event that the result of the comparison is that the parameter value is beyond the extreme value.
  • the CAD designer can be provided with immediate information during the creation of a design as to whether the design meets all requirements for process-stable production, which makes time-consuming consultations with AM experts unnecessary.
  • the parameter taken into consideration will be one dimension. In this case, checking whether a process stability limit is exceeded is very simple.
  • the limit parameter value is preferably an extreme value for the parameter which can be produced by means of the generative layer construction device, in particular a the generative layer construction device process stable produced extreme value for the parameter.
  • limit parameter values may also be extreme values for a parameter that can just be produced by means of the generative layer building apparatus, i. in principle, are feasible. If a parameter value from the computer-based model is not feasible in principle, then certainly no process-stable realization of this parameter is possible. In contrast to this, as already mentioned, even if the parameter value can in principle be realized in principle, it is not inevitable that there will also be process-stable manufacturability.
  • the generative layer construction device may be a very specific generative layer construction device, which is characterized as follows:
  • a very specific generative layer construction device characterized by a serial number, this layer construction device being, for example, specifically optimized,
  • a group of generative layer building devices (which may well have come from different manufacturers) that share a common characteristic (e.g., a minimum space size, etc.),
  • Generative layer construction devices designed to process a specific group of materials (e.g., plastic or metal, possibly even further)
  • Generative layer building devices that are a very specific type of generative Perform layering processes (eg stereolithography devices or SLS (selective laser sintering devices))
  • boundary parameter values relating to a particular group of generative layer construction devices are involved, then the comparison of the respective parameter value with a marginal parameter value is checked for devices of this group of generative layer construction devices.
  • At least one parameter value from the computer-based model is used for a comparison with a limit parameter value of the particular generative layer building apparatus.
  • This limit parameter value relates to the process stability of the particular generative layer building apparatus, i. h, it represents a boundary beyond which it can no longer be guaranteed that this particular generative layer building device is process stable, i.e., stable, for the object to be manufactured. without the occurrence of process irregularities, can produce.
  • Limit parameter values predetermined by a generative layer construction method preferably comprise at least a minimum wall thickness, a minimum hole diameter, a minimum blind hole width and / or a maximum blind hole depth, a minimum hole width and / or depth, in particular a minimum slot width and / or depth, a minimum by the generative Schichtbauvorraum producible detail resolution, a minimum step offset extending obliquely to several layers a maximum wall thickness or a user specified by a user parameter, in particular depending on the underlying data to a provided for the production of the object material and / or command parameters and / or wall thicknesses.
  • a minimum hole diameter will depend on how strong the heat conduction in the build material used is, such as a beam diameter of a laser beam used for solidification, etc.
  • the boundary parameters may depend on the command parameters used for the control of the generative layer building apparatus, for example, by determining the order in which the individual points of an object cross-section are solidified.
  • an adaptation of this parameter value is carried out automatically and / or in interaction with a user. This further simplifies the creation of a suitable computer-aided model for the CAD designer.
  • the parameter value can be set to the limit parameter value.
  • the performance of the generative layer building apparatus is fully exploited. If the limits of manufacturability or process stability are not to be addressed, this can be achieved by correspondingly mitigated limit parameter values.
  • the parameter value can be further modified in such a way that a mechanical property of the manufactured object is modified in a predetermined direction. This makes it possible not only to consider given limits of manufacturability of a component, but at the same time also set desired physical properties of the manufactured component, in particular automatically.
  • a parameter value can be changed so that the weight of the manufactured object is reduced. This can be done, for example, by thinning struts in a lattice structure or by enlarging cavities or by inserting them into the object or else by normally producing massive areas of the building component with a structure inside.
  • the parameter value can be modified so that the stiffness and / or tensile strength and / or elongation at break and / or the transverse contraction number and / or the torsional behavior and / or the fatigue behavior of considered object and / or modified, in particular optimized, is.
  • the above procedure makes the design even easier for the CAD designer since the method optimizes important mechanical parameters of a component based on the current design already at the time of the design. As a result, the development period for a component can be reduced.
  • the change in the parameter value can be determined on the basis of a finite element simulation of a mechanical property of the object to be produced. In this case, information about the material composition of the component, in particular mechanical and physical parameters of the material, ideally flows into the simulation.
  • the limit parameter value may be an extreme value for the parameter that can be produced by means of a second production method other than the first production method, and / or an extreme value that can be processed for the parameter in a method following the first production method.
  • the limit parameter values may in this case relate to a specific post-processing device or second production device (for example a mass-produced device), in other words parameter values which can just be processed by means of this post-processing device or produced by this second production device.
  • any finishing device or second manufacturing device may denote the following different types of devices:
  • a very specific device characterized by a serial number which, for example, is specifically optimized
  • a group of devices (which may well have come from different manufacturers) which share a common characteristic (e.g., a minimum space size or the use of the same abrasive, etc.),
  • Group of materials e.g., plastic or metal, possibly further limited to, for example, PA12
  • Manufacturing devices that perform a very specific type of manufacturing process (for example, injection molding equipment, CNC milling equipment or SLS (selective laser sintering equipment))
  • Boundary parameter values predetermined by a post-processing method or second production method preferably comprise at least one of the following: a minimum wall thickness, a minimum hole diameter, a minimum blind hole width and / or maximum blind hole depth, a minimum hole width and / or depth, in particular a minimum slot width and / or depth, a minimum processable by the device used in the downstream process and / or the second device producible detail resolution, a minimum step offset at obliquely extending to multiple layers surfaces, a maximum wall thickness or predetermined by a user user parameter, in particular depending from underlying data to a material provided for the first and / or second manufacturing method material and / or command parameters and / or wall thicknesses.
  • a minimum hole diameter will depend on how strong the heat conduction is in the build material used, such as e.g. a beam diameter of a laser beam used for solidification, etc.
  • the limit parameters may depend on the type of control of the post-processing device or second manufacturing device.
  • the limit parameter value may, for example, be a minimum value for a dimension determined by a method for the treatment of the surface, in particular a
  • Method for cleaning the surface of the object, in particular after its preparation is machinable. Since generatively manufactured components are in many cases surrounded by build material during their manufacture, cleaning is an important step required in many manufacturing processes. A corresponding consideration according to the invention of the performance of the cleaning process already during the design of a component is important, since it depends on clean component surfaces in many applications. It is conceivable, however also consideration of limit parameter values for other surface treatment methods, eg inking methods. In the latter case, a limit parameter value could be, for example, the minimum diameter of a hole to be inked in the surface.
  • the threshold parameter value may be a minimum value for a dimension that can be processed by a method for blasting the surface of the object after its production. This makes it possible, especially in blasting processes that are frequently used for component cleaning, to gain insights into its machinability already during the design of the component.
  • the radiopacity of its surface is already checked during the design of a computer-based model of the object to be manufactured, this can be done by checking for at least a portion of the surface whether it is another in a direction of a normal to the surface Surface portion of the object and, if so, the distance in the direction of the normal between the at least a portion of the surface and the further surface portion is compared with the limit parameter value.
  • the radiopacity of the surface of the object to be produced can also be checked by checking, for at least a portion of the surface, whether it is within an angular range which includes a direction of a normal to the surface spaced a portion of the surface gives a further surface portion of the object and if so, the distance between the at least a portion of the surface and the further surface portion is compared with the limit parameter value.
  • the method can be adapted to different blasting methods (for example, to the size of the grains used in blasting).
  • a generative layer construction method according to the invention for producing at least one three-dimensional object by means of layered solidification of a powdery or liquid building material is carried out in a generative layer construction device
  • a construction substrate for supporting the at least one object to be produced
  • an application device for applying a layer of the pulverulent or liquid building material to the construction substrate or a previously applied and selectively consolidated layer of the construction material
  • a selective solidification device capable of acting on all locations in the applied layer corresponding to a cross section of the at least one object to be manufactured, such that the building material bonds to a solid at those locations
  • control unit which controls the application device and the selective solidification device such that the object is produced by successive selective solidification of layers of the construction material
  • an input data record which has been tested by means of the previously described inventive method is used to control the layer construction method.
  • a comparison unit which compares at least one parameter value in operation in a computer-based model of an object to be produced by the generative layer construction device with a limit parameter value, which is an extreme value for the parameter which can be realized in a method used in the production of the object, in particular a process-stable, realizable extreme value for the parameter,
  • a storage unit in which a computer-based model of an object to be produced by means of the generative layer building apparatus is stored, optionally a memory unit in which at least one limit parameter value is stored, which is an extreme value for the parameter that can be implemented in a method used in the production of the object, in particular a process-stable, realizable extreme value for the parameter.
  • a comparison unit which, in use, compares at least one parameter value in a computer-based model of an object to be produced by the generative layer construction device with a limit parameter value of the layer construction device, which is an extreme value for a parameter which relates to a process-stable production of the object to be manufactured, optionally a storage unit in which a computer-based model of an object to be produced by means of the generative layer building apparatus is deposited and optionally a storage unit in which at least one limit parameter value of the laminating apparatus is stored, which is an extreme value for a parameter that is based on a process-stable production of the item to be produced Object refers.
  • the comparison unit carries out a comparison with a limit parameter value, which is an extreme value for the parameter that can be produced by the generative layer construction device, in particular an extreme value for the parameter which can be produced by the generative layer construction device in a process-stable manner.
  • the comparison unit may also perform a comparison with a limit parameter value which, if the production of the object by means of the generative layer construction apparatus is a first production method, can produce an extreme value that can be produced by means of a second production method other than the first production method for the parameter is and / or is a processable in a first manufacturing process processable extreme value for the parameter.
  • the test device according to the invention thus allows a reduction in the time from the beginning of the design of a computer-aided model of a component to completion and if necessary, cleaning of the component after a generative layering process or, if necessary, until completion of the component in a mass production process.
  • the test device may be, for example, an independent device that may be integrated into a network or else integrated into an existing computer aided design (CAD), computer aided engineering (CAE), or computer aided manufacturing (CAM) system
  • the test apparatus may include an output device which, in the event that the result of the comparison is that a parameter exceeds or falls short of a parameter threshold, outputs a corresponding information to a user.
  • the corresponding data can also be fed to the test apparatus via at least one input interface designed to receive this data.
  • the inventive testing device may optionally include an input device for manipulating the computer-based model by a user.
  • the memory device can either be contained in the test device according to the invention or else the latter can access the memory device (possibly via a network).
  • a generative layer construction device for producing at least one three-dimensional object by means of stratified solidification of a powdered or liquid construction material has the following merlanals:
  • a building pad for supporting the at least one object to be produced
  • an application device for applying a layer of the powdery or liquid building material to the construction substrate or a previously applied and selectively consolidated layer of the construction material
  • a selective solidification device capable of acting on all the locations in the applied layer corresponding to a cross section of the at least one object to be manufactured, such that the building material bonds to a solid at those locations
  • control unit which controls the application device and the selective solidification device so that the object is produced by successive selective solidification of layers of the construction material
  • the generative layer construction device according to the invention has in particular a test device according to the invention for testing an input data set of a generative layer construction device and / or is connected by signal technology to such a test device.
  • test device for testing an input data set of a generative layer construction device is contained in or connected to the latter, alternatively or additionally to the adaptation of the design to the process stability and, if applicable, additionally manufacturability during the design of a computer-aided model of a component to be produced, Also immediately before the start of a manufacturing process by an AM expert, the process stability and possibly additionally the manufacturability are checked.
  • a review serves to avoid unstable manufacturing operations leading to unusable parts, which is wasteful of time and resources, and on the other hand, it makes it easier for the AM expert to verify process stability, as it allows compliance with marginal parameter values Design does not have to "manually" debug, which avoids errors on its part in checking process stability.
  • the inventive method is expediently realized in the form of a computer program, even if this is not absolutely necessary.
  • a software-supported implementation of the method allows easy integration into a CAD, CAE or CAM System or a generative layer construction device.
  • the software can for example be stored in a memory of the CAD, CAE or CAM system or the generative layer construction device or the CAD, CAE or CAM system or the generative layer construction device can access the software via a network,
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a generative layer building apparatus on
  • Example of a laser sintering device Example of a laser sintering device.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a method according to the invention for
  • Fig. 3 shows the structure of a test apparatus according to the present invention.
  • Fig. 4 shows schematically the procedure in an embodiment of a method for verifying the radiopacity of a surface.
  • FIG. 5 shows by way of example a correction of the surface geometry for the production of the
  • Fig. 6 shows schematically the procedure in a further embodiment of a method for verifying the radiopacity of a surface.
  • the device has a building container 1, in which a support 2 is provided for supporting an object 3 to be formed.
  • the carrier 2 can be moved in the building container via a height adjustment device 4 in the vertical direction.
  • the plane in which applied powdered building material is solidified defines a working plane 5.
  • a laser 6 is provided which generates a laser beam 7, which via a deflection 8 and optionally a focusing 9 the working level 5 is focused.
  • a control 10 is provided, which controls the deflection device 8 and optionally the focusing unit 9 in such a way that the laser beam 7 can be directed to any desired position of the working plane 5.
  • the controller 10 is controlled via a control instruction set, which i.a. Contains data containing the structure of the object to be manufactured, in particular a three-dimensional CAD layer model of the object with information about the respective cross-section of the object in each layer of the building material to be solidified, and data defining the precise parameters in solidifying the building material.
  • the data contains accurate information about each layer to be consolidated in the manufacture of the object.
  • a supply device 1 1 is provided, can be supplied with the powdered building material for a subsequent layer.
  • a coater 12 the building material is applied and smoothed in the working plane 5.
  • the carrier 2 is lowered layer by layer by the controller 10, the coater 12 is actuated to apply a new powder layer and the deflection device 8 and optionally also the laser 6 and / or the focusing unit 9 for solidifying the respective layer on the respective object corresponding points by means of the laser beam
  • powdery building material all suitable for the laser sintering powder or powder mixtures can be used.
  • powders include, for.
  • plastic powder such as polyamide or polystyrene, PAEK (polyaryl ether ketones), elastomers such as PEBA (polyether Block Ami de), plastic-coated sand, ceramic powder or metal powder, z.
  • PEBA polyether Block Ami de
  • stainless steel powder or other adapted to the particular purpose metal powder, in particular alloys. The procedure according to the invention will be described below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the model data input unit 101 in the test apparatus 100 for checking an input data set of a specific generative layer construction device (CAD) model data MD of the component to be produced, which describe at least a portion of the component to be produced (step Sl in Fig. 2).
  • the data MD may also include information about the individual layers during the generative manufacturing process. In addition, further information, for example about the materials to be used, may be included.
  • the data MD originating from the CAD design system may be the model data - Input unit 101 are supplied either via a network or read via a mobile data carrier in the model data input unit 101. If the test apparatus 100 is part of the CAD design system, the model data input unit 101 can easily access the location of the data within the design system. Optionally, the model data MD can be stored in a memory unit 103b contained in the test apparatus 100. Now parameter values PI...
  • Pn in the model data MD are determined by means of the parameter determination unit 102, which correspond to parameters for which limit parameter values GP1 to GPn are predetermined (step S2 in FIG. 2).
  • Boundary parameter values GP1 to GPn are extreme values for parameters of the layer-building apparatus that relate to a process-stable production of the object to be manufactured or extreme values for parameters that are used in a method for finishing at least a part of the surface of one by means of generative
  • Laminated device manufactured object, z. B. a cleaning process are just editable and / or parameters in the production of the object by another Device as the generative layer building device are just to produce.
  • the other device may be an injection molding device used for mass production of the components after first prototypes have been produced by means of the generative layer construction device.
  • the set of limit parameter values may include only one limit parameter value PI or a plurality of limit parameter values PI to Pn.
  • the parameters assigned to the parameter values are, for example, wall thicknesses, hole diameters or channel diameters, blind hole depths, etc. in the model data MD.
  • the corresponding limit parameter values would then be, for example, a minimum wall thickness, a minimum hole diameter or channel diameter, a maximum bag depth, etc.
  • parameters and limit parameter values may also relate to parameter-based aspects of a layer construction method which are not associated with a process-stable production of an object stand.
  • the determined parameter values PI. Pn are supplied to the comparison unit 103, which performs a comparison of each of the determined parameter values PI to Pn with the associated limit parameter value GP1 to GPn (step S3 in FIG. 2).
  • the limit parameter values GP1 to GPn can in this case be stored in a memory unit 103a in the test apparatus 100 or, alternatively, the limit parameter values are supplied to the test apparatus 100 via a network or a mobile data carrier. It should be noted that the memory unit 2 0 103a (as well as the memory unit 103b) does not necessarily have to be part of the comparison unit 103, even if this is illustrated in FIG. 3 in this way.
  • step S4 There are several ways to do this in this step:
  • a notification unit 104 shown in FIG. 3 can inform a user about one or more limit value overruns. In this case, the user must
  • the test apparatus 100 may modify the model data to modify the parameter value (s) that exceeded limits.
  • the model data may be modified so that the corresponding parameter values coincide with the respective limit parameter values.
  • the modified model data can then be transmitted to the CAD design system via a model data output unit 105 shown in FIG. This can, for example, again be done via a network or a mobile data carrier or by accessing a storage device to which the CAD design system also has access. If the limit parameter values are not exceeded or fallen below, an optional message can be output to a user. In FIG. 2 this would be the optional step S5.
  • the method can be terminated with a notification to the user when the limit is exceeded or undershot for the first time, or it can be continued until the entire model data received by the model data input unit 101 has been completely checked. In the latter case, the user would receive information about any limit parameter overruns or underruns that have occurred. Even with an automatic change of the model data MD by the test apparatus, it makes sense to check the entire model data received from the model data input unit 101.
  • the method according to the invention can indicate to the CAD designer by means of visual information that there will be a problem in the production.
  • the user is also preferably shown the specific position in the model at which the problem will occur. This could be done, for example, by highlighting in a visualization of the already designed model the position at which a production problem will arise.
  • the user can then adapt the CAD model. for example, increase the wall thickness at the designated location.
  • problems with too thin a wall thickness in the CAD model can result, for example, in a laser melting process, after the melting of the powdery building material in the region of a cross section, a thin wall in the W 201
  • Part intersects, in the region of the thin wall powder in the area adjacent to the molten area area connects so strongly with the molten area, thereby increasing the wall thickness and a minimum wall thickness can not be exceeded.
  • a similar problem can occur when making a very small hole.
  • the hole completely disappear, so that a minimum hole diameter can not be undershot. If the hole is not in the form of a leash, it can (for example in the case of elongated holes) correspondingly not fall below a minimum hole width.
  • a minimum depth of hole may be predetermined by the manufacturing process (e.g., by a gener- ous layering device) or a post-processing process.
  • the method according to the invention can check whether a detail which can be produced minimally by the generative layer construction device is undershot in the designed model.
  • blind holes Another problem is blind holes. Here it must be ensured that after the completion of the manufacturing process, unsolidified building material can be removed from the blind hole again so that it must have a minimum width and / or a maximum depth. In the case of surfaces running diagonally to several layers, there will be a step offset in the case of generative layering processes (staircase character). Here you can
  • the information relating to the limit values which can be realized depends on the material used for the production, since different materials, for example, can behave differently during melting and, for example, conduct different heat.
  • the parameter limit values are also influenced by the control of the production process or post-processing process, that is, for example, by the control commands or command parameters of a generative layer building apparatus used for the production.
  • the laser beam diameter used in a laser melting device plays a role as well as the jet speed, the cooling power, the used layer thickness and possibly even the number of objects to be produced in the installation space.
  • the limit parameter values are long-term empirical values, which were determined, for example, on previous similar components.
  • a wall thickness originally measured at 100 .mu.m can automatically be set to 150 .mu.m.
  • a parameter value that exceeds or falls below a limit parameter value could automatically be set to the limit parameter value.
  • the Grenzparameterwert is 150 ⁇
  • a 100 ⁇ measured wall automatically set to 150 ⁇ .
  • the knowledge of the building material used and of the production parameters used generally also go hand in hand. This makes it possible to simulate its mechanical or physical properties even before the production of the actual component. This, in turn, makes it possible to make adjustments to the model already during the CAD design by which a mechanical or physical property of the component is changed in a desired direction. For example, after a simulation of the component weight, one could modify the model to reduce the weight, for example by reducing wall thicknesses. In the same way, adjustments can be made, for example, to stiffness, tensile strength, tensile elongation at break, transverse contraction number, torsional behavior or fatigue behavior.
  • W stiffness, tensile strength, tensile elongation at break, transverse contraction number, torsional behavior or fatigue behavior.
  • adaptation of mechanical properties of the part is done automatically by adjusting the model after the CAD designer, at the start of the design, has informed the system which mechanical properties to optimize in which way.
  • the method according to the invention can be realized by means of a software which is executed on the CAD system.
  • the software can be present as an additional module that interacts with the CAD program.
  • the model data may be transmitted over a common interface such as
  • the process expedites the process when the software module according to the invention accesses the same model data as the CAD program, in other words, when both on the access same record. This also saves space in particular.
  • test device is realized as a plug-in module for a CAD design system, then it is possible, in particular, for a check for possible limit value overruns or undershoots to be continuously made during the preparation of the design.
  • the CAD designer can immediately be given feedback.
  • the method according to the invention in the background can automatically change parameter values which can not be produced by automatic modification of the design.
  • the inventive method can of course also run as software on a stand-alone computer system. For example, after the completion of the design of a computer-aided model of a component before the manufacture of the component, its manufacturability can be checked again.
  • the data exchange between the CAD system and the system with the software according to the invention can take place by means of mobile data carriers or via a network.
  • an AM expert can then make final adjustments immediately prior to the production of the component in order to avoid any difficulties in the production of the component by means of the generative layer construction device or a production by means of a device other than the generative layer construction device or one of the
  • a data exchange with the generative layer building apparatus can also be carried out with the aid of mobile data carriers or a network.
  • laser melting LLM (cutting out of films and joining)
  • FLM applying a thermoplastic material from a die
  • 3D printing mask sintering and stereolithographic processes
  • the invention is not limited to the design, manufacture and processing of a single component. If several (for example different) components are produced at the same time, then the method according to the invention can be carried out in the same way with all variants, only that then a check of the manufacturability for several components is carried out simultaneously. According to the invention, the manufacturability of the designed model in a mass production process, which is not a generative layer construction process, can also be checked, for example after initial prototypes of the component have been realized by means of a generative layer construction process.
  • An apparatus for producing the component which is based on the same CAD model, which is also the basis of the production by means of a generative layer building apparatus, for example, an injection molding machine, a CNC milling machine, a casting device, an extruding, etc., or even another generative piercing device than that used to make prototypes.
  • a generative layer building apparatus for example, an injection molding machine, a CNC milling machine, a casting device, an extruding, etc., or even another generative piercing device than that used to make prototypes.
  • the radiopacity of the manufactured component based on a CAD model is checked. This is done before the component is produced by means of a generative layer construction device or the production by means of another device in a series production process. The procedure is explained below with reference to FIGS. 4 to 6:
  • the 3D CAD model has to be brought into a format in which the outer surface of the corresponding component is fixed by means of a tessellation, ie an overlapping with partial surfaces, e.g. Polygons such as triangles, squares, pentagons, etc. is described. For example, this is the case in the widely used STL format, where the surface is described by overlapping with contiguous triangles.
  • a plurality of individual polygons or patches are selected which are distributed as evenly as possible (but not necessarily) over the surface. The following procedure is now performed for each polygon:
  • FIG. 4 shows a section through a part of the surface of a component to be radiated with a selected polygon or surface section 401.
  • the center of gravity S of the surface is checked at a defined position on the surface (for example in each of the selected surface sections) whether there is a further surface portion 403 spaced from the surface portion 401 in a direction of the surface normal 402 facing out at this center of gravity. If this is the case, the distance d in the direction of the surface normal 402 between the two surface sections 401, 403 is determined and compared with a limit value (limit parameter value). If the limit value is undershot, it is determined that the irradiability of the initially selected surface portion 401 is not given.
  • limit parameter value limit parameter value
  • the distance to any further surface portion at a defined position of the surface is not checked in the direction of the surface normal 402, but in the direction of at least one Beam 402 ', which includes an angle ⁇ ( ⁇ 90 °) with the surface normal.
  • a distance d ' can also be determined for a plurality of beams 402' which are all within a predetermined angular range around the surface normal 402.
  • the size of the angle range to be used in the latter modification is dependent on the material of the component, the blasting agent and other beam parameters. However, in the last-mentioned modification, it is possible to check the radiation in a more complex manner and to individually determine whether or not radiation is present depending on the beam parameters.
  • Hardware components or mixtures of hardware and software can be realized.
  • the device must then have an input interface through which the CAD model data can be fed and also the limit parameter values can be supplied.
  • Interfaces mentioned in the present application do not necessarily have to be designed as hardware components, but can also be realized as software modules, for example if the data fed in or output therefrom can be taken over by other components already realized on the same device or must be passed to another component only by software.
  • the interfaces could consist of hardware and software components, such as a standard hardware interface specifically configured by software for the specific application.
  • several interfaces can also be combined in a common interface, for example an input-output interface.

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Abstract

Ein computergestütztes Verfahren zur Prüfung eines Eingangsdatensatzes einer generativen Schichtbauvorrichtung, umfassend mindestens folgenden Schritt: - Vergleich von mindestens einem Parameterwert in einem computerbasierten Modell eines mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herzustellenden Objekts mit einem Grenz-Para- meterwert, der ein in einem bei der Herstellung des Objekts angewendeten Verfahren realisier- barer Extremwert für den Parameter, insbesondere ein prozessstabil realisierbarer Extremwert für den Parameter, ist.

Description

VERPAHREN UND VORRICHTUNG ZUR PRÜFUNG EINES EINGANGSDATENSAT- ZES EINER GENERATIVEN SCHICHTBAUVORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung eines Eingangsdatensatzes einer generativen Schichtbauvorrichtung sowie eine generative Schichtbauvorrichtung, die zur Durchführung des Schichtbauverfahrens geeignet ist.
Generative Schichtbauverfahren, wie beispielsweise das Lasersintern oder -schmelzen oder die Stereolithografie eignen sich hervorragend zur Herstellung von Bauteilen mit komplexer Geometrie und insbesondere auch zur Herstellung von Bauteilen, die auf einen bestimmten Nutzer oder für einen bestimmten Anwendungszweck individuell zugeschnitten sind. Die Bauteile werden dabei schichtweise hergestellt, das heißt, das Bauteil wird durch Übereinanderstapeln von Querschnitten des Bauteils ausgebildet. Beim Herstellvorgang wird also Querschnitt für Querschnitt ausgebildet und die einzelnen Querschnitte werden mit den darunter- und darüber- liegenden Querschnitten verbunden.
Damit ein Bauteil durch eine generative Schichtbauvorrichtung hergestellt werden kann, müssen der Vorrichtung Daten zugeführt werden, die ein 3D-CAD-Modell (also allgemein ein computerbasiertes Modell) des Bauteils beinhalten. Der Entwurf solch eines CAD-Modells liegt in der Regel in den Händen eines Entwicklungsingenieurs, der Fachmann auf dem technischen Gebiet ist, dem das Bauteil zugeordnet ist und der genaue Kenntnisse über die Einsatzumgebung des Bauteils sowie die technischen Eigenschaften, die dieses aufweisen soll, hat. Im Folgenden wird solch ein Fachmann als "CAD-Designer" bezeichnet.
Auch wenn es bei generativen Schichtbauverfahren im Vergleich zu anderen Verfahren große Freiheiten bei der Ausgestaltung eines Bauteils gibt, so gibt es nichtsdestotrotz dennoch auch technologische Randbedingungen, die die Herstellung von beliebigen Designs verhindern. Das Wissen, ob ein spezielles Design, das als CAD-Modell vorliegt, mittels eines generativen Schichtbauverfahrens (auch als Additive-Manufacturing- Verfahren bezeichnet) herstellbar ist oder nicht, liegt in der Regel bei den Fachleuten, die mit der generativen Herstellung befasst sind und die im Folgenden als "AM-Experten" bezeichnet werden. Das Wissen, ob ein spezielles Design herstellbar ist oder nicht, erfordert dabei in der Regel genaue Kenntnisse und oftmals auch eine über einen längeren Zeitraum angesammelte Erfahrung mit generativen
Schichtbauverfahren. Da das Spezialwissen über die Randbedingungen bei der Herstellung von Bauteilen in der Regel nicht beim CAD-Designer vorhanden sein wird, ist im Zuge des Entwurfs eines Modells eines herstellbaren Bauteils eine intensive Kommunikation zwischen CAD-Designer und AM- Experten notwendig, die den Entwurfsvorgang verzögert und Ressourcen bindet. Weiterhin werden unter Umständen lediglich Prototypen eines Bauteils mit einer generativen Schichtbauvorrichtung hergestellt und die nachfolgende Serienfertigung findet dann mittels eines anderen Verfahrens (z.B. CNC-Fräsen oder Spritzguss) statt. Auch diese nachfolgenden Verfahren weisen spezielle Randbedingungen auf, die bereits beim Entwurf eines Bauteils berücksichtigt werden müssen, damit dieses beim Übergang vom Prototypen-Design zur Serien- fertigung nicht nochmals abgeändert werden muss.
Auch unabhängig von einer Serienfertigung mittels anderer Herstellungsverfahren (also nicht generativer Schichtbauverfahren) gibt es auch bei einer alleinigen Herstellung mittels eines generativen Schichtbauverfahrens nachfolgende Prozessschritte, die zu Einschränkungen beim Design des Modells führen können, Beispielsweise erfolgt oftmals die Reinigung von Lasersinterteilen nach dem Herstellungsprozess durch einen Strahlvorgang zur Entfernung von anhaftendem Pulver am Bauteil. Die Wirksamkeit solch eines Reinigungsvorgangs ist dabei abhängig von der Bauteilgeometrie. Das Entfernen von anhaftendem Pulver aus kompliziert gestalteten Höhlungen kann beispielsweise sehr schwierig sein und unter Umständen mittels der Strahltechnik überhaupt nicht durchführbar sein. Insbesondere in der Medizin oder Luft- und
Raumfahrt eingesetzte unsaubere Bauteile könnten schwerwiegende Folgen nach sich ziehen. Angesichts der oben geschilderten Probleme ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen, mittels derer der Entwurf eines mittels eines generativen Schichtbauverfahrens und ggf. nachfolgender Verfahren herzustellenden Bauteils vereinfacht bzw. verkürzt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Prüfvorrichtung nach Anspruch 18, eine generative Schichtbauvorrichtung nach Anspruch 23 und ein Computerprogramm nach Anspruch 24. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Dabei können Merkmale, die in den abhängigen Ansprüchen bzw. in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit einer Anspruchskategorie erwähnt werden, auch zur Weiterbildung der Gegenstände jeder anderen Anspruchskategorie verwendet werden, außer das Gegenteil wird explizit erwähnt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein computergestütztes Verfahren zur Prüfung eines Ein- gangsdatensatzes einer generativen Schichtbauvorrichtung, umfassend mindestens folgenden Schritt:
- Vergleich von mindestens einem Parameterwert in einem computerbasierten Modell eines mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herzustellenden Objekts mit einem Grenz- Parameterwert, der ein in einem bei der Herstellung des Objekts angewendeten Verfahren realisierbarer Extremwert für den Parameter, insbesondere ein prozessstabil realisierbarer Extremwert für den Parameter, ist.
Ein Eingangsdatensatz für eine generative Schichtbauvorrichtung umfasst dabei im Wesentlichen ein computerbasiertes Modell eines mit der generativen Schichtbauvorrichtung herzustel- lenden Objekts. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei für den Vergleich von Parameterwerten in dem computerbasierten Modell mit Grenzparameterwerten beispielsweise auf eine Datenbank zurückgreifen, in der Grenzparameterwerte für ein bei der Herstellung des Objekts angewendetes Verfahren hinterlegt sind, das heißt Parameterwerte, die gerade noch mittels dieses Verfahrens erzielbar sind. Ein bei der Herstellung des Objekts angewendetes Verfahren kann dabei das mittels der generativen Schichtbauvorrichtung durchführbare generative
Schichtbauverfahren sein oder ein Herstellverfaliren des Objekts auf einer anderen Vorrichtung als der generativen Schichtbauvorrichtung oder aber ein Nachbearbeitungsverfahren, wie z.B. ein Oberfläehenbearbeitungsverfahren, insbesondere auch ein Reinigungsverfahren. Ein Verfahrensschritt wird insbesondere dann noch als Teilschritt bei der Herstellung des Objekts angesehen, wenn ohne diesen Verfahrensschritt keine sinnvolle bestimmungsgemäße Anwendung des Objekts möglich ist. Handelt es sich beispielsweise bei dem Objekt um einen Schmuckge- genstand, so ist davon auszugehen, dass ohne eine Reinigung des Objekts nach dem Herstellvorgang keine sinnvolle Nutzung möglich ist.
Bei dem computerbasierten Modell handelt es sich in der Regel um ein 3D-CAD-Modell eines herzustellenden Objekts. Das Modell kann dabei auch im STL-Format vorliegen bzw.
Schichtinformationen über die einzelnen Schichten in dem beabsichtigten Herstellungsvorgang durch ein generatives Schichtbauverfahren enthalten.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also mindestens ein Parameterwert aus dem computerbasierten Modell für einen Vergleich mit einem Grenzparameterwert eines bei der Herstellung des Objekts angewendeten Verfahrens herangezogen. Dieser Grenzparameterwert bezieht sich auf die Prozessstabilität desVerfahrens, d. h. er repräsentiert eine Grenze, jenseits derer nicht mehr gewährleistet werden kann, dass mittels des Verfahrens das herzustellende Objekt prozessstabil, d.h. ohne das Auftreten von Prozessirregularitäten, hergestellt werden kann.
Zugrunde liegt also nicht primär die Frage, ob das durch das computerbasierte Modell repräsentierte herzustellende Objekt überhaupt herstellbar ist, sondern ob das Herstellverfahren, selbst unter Zugrundelegung der Parameterwertvorgaben aus dem computerbasierten Modell, zuverlässig durchgeführt werden kann.
Handelt es sich beispielsweise bei dem Verfahren um die generative Herstellung in Schichtbauweise eines Metallobjekts mithilfe einer bestimmten generativen Schichtbauvorrichtung, so ist Folgendes zu berücksichtigen: Bei bestimmten Abmessungen (insbesondere Wandstärken o.ä.) des Metallobjekts kann es während des Herstellungsprozesses aufgrund von Temperaturände- rungen im Metallobjekt zu einem Bauteilverzug kommen, der vielleicht auf das Metallobjekt selbst nach Fertigstellung des Herstellungsprozesses gar keine negativen Auswirkungen hätte. Trotzdem kann ein solcher Verzug dazu führen, dass der Herstellungsprozess selbst instabil wird. So kann beispielsweise ein Beschichter in einer pulverbasierten Schichtbauvorrichtung beim Auftrag einer nächsten Pulverschicht das bislang hergestellte Teil-Metallobjekt nicht mehr kollisionsfrei überfahren, sondern stößt lokal daran an. Dadurch kann ein weiterer Verzug oder eine oberflächliche Beschädigung des Beschichters bzw. des Metallobjekts entstehen; im Extremfall kann es dazu führen, dass der Herstellungsprozess unterbrochen und gar abgebrochen werden muss.
Damit bezieht sich der Begriff der prozessstabilen Herstellung darauf, ob ein Verfahren im Hinblick auf den mindestens einen Parameterwert in dem computerbasierten Modell an seine Fertigungs grenzen stößt (also den jeweiligen Grenz-Parameterwert über- oder ggf. unterschreitet). In solch einem Fall ist nämlich nicht gewährleistet, dass mittels des Verfahrens das geplante Objekt (prozess-)sicher (also prozessstabil) hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird also aufgrund der Parameterwertinformationen aus dem computerba- sierten Modell nicht (lediglich) eine Aussage über die Eigenschaften der hergestellten Objekts getroffen, sondern es wird eine Aussage über die Prozessstabilität des Herstellungsprozesses des Objektes getroffen.
Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin den Schritt des Ausgebens einer Information an einen Nutzer für den Fall auf, dass das Ergebnis des Vergleichs ist, dass der Parameterwert jenseits des Extremwerts liegt.
Dadurch kann dem CAD-Designer während der Erstellung eines Entwurfs unmittelbar eine Information gegeben werden, ob der Entwurf allen Anforderungen an die prozessstabile Herstel- lung genügt, was zeitaufwändige Rücksprachen mit AM-Experten unnötig macht.
In der Regel, aber nicht ausschließlich, wird es sich bei dem im Vergleich berücksichtigten Parameter um eine Abmessung handeln. In diesem Falle ist die Prüfung, ob ein Grenzwert für die Prozessstabilität überschritten wird, sehr einfach.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Grenz-Parameterwert um einen mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herstellbaren Extremwert für den Parameter, insbesondere einen mittels der generativen Schichtbauvorrichtung prozessstabil herstellbaren Extremwert für den Parameter.
Die Überprüfung potenzieller Prozessinstabilitäten oder andersherum die Verifizierung, dass auf Basis des computerbasierten Modells Prozessstabilität bei der Herstellung des jeweiligen herzustellenden Objekts angenommen werden kann, kann insbesondere auch einen einen Vergleich von mehreren Parameterwerten aus dem computerbasierten Modell, die jeweils unterschiedlichen Parametern zugeordnet sind, mit den entsprechenden Grenz-Parameterwerten umfassen. Grenz-Parameterwerte können insbesondere auch Extremwerte für einen Parameter sein, die mittels der generativen Schichtbauvorrichtung gerade noch herstellbar, d.h. prinzipiell realisierbar, sind. Sofern ein Parameterwert aus dem computerbasierten Modell nämlich prinzipiell nicht realisierbar ist, ist erst recht keine prozessstabile Realisierung dieses Parameters möglich. Im Unterschied dazu kann, wie bereits erwähnt, selbst bei prinzipieller Realisierbarkeit eines Parameterwerts nicht zwangsläufig auch eine prozessstabile Herstellbarkeit vorliegen.
Bei der generativen Schichtbauvorrichtung kann es sich insbesondere um eine ganz bestimmte generative Schichtbauvorrichtung handeln, die wie folgt charakterisiert ist:
• eine ganz bestimmte generative Schichtbauvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Seriennummer, wobei diese Schichtbauvorrichtung beispielsweise spezifisch optimiert ist,
• eine ganz bestimmte Baureihe von generativen Schichtbauvorrichtungen, z.B. alle Vorrichtungen mit der Typenbezeichnung "EOS P390",
• eine Gruppe von generativen Schichtbauvorrichtungen (die durchaus von verschiedenen Herstellern stammen können), welche eine gemeinsame Eigenschaft aufweisen (z.B. eine Bauraummindestgröße, etc.),
• generative Schichtbauvorrichtungen, die auf die Verarbeitung einer ganz bestimmten Gruppe von Materialien ausgelegt sind (z.B. Kunststoff oder Metall, ggf. noch weiter
. eingeschränkt auf z.B. PA12),
• generative Schichtbauvorrichtungen, die eine ganz bestimmte Art von generativen Schichtbauverfahren durchführen (z.B. Stereolithographievorrichtungen oder SLS (selektive Lasersinter-)vorrichtungen)
Je nachdem, welche Grenzparameter dem Vergleich zugrunde gelegt werden, wird dadurch festgelegt, für welche "bestimmte generative Schichtbauvorrichtung" der Vergleich durchgeführt wird. Handelt es sich also um Grenzparameterwerte, die sich auf eine bestimmte Gruppe von generativen Schichtbauvorrichtungen beziehen, dann wird der Vergleich des jeweiligen Parameterwerts mit einem Grenzparameterwert für Vorrichtungen aus dieser Gruppe von generativen Schichtbauvorrichtungen geprüft.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also mindestens ein Parameterwert aus dem computerbasierten Modell für einen Vergleich mit einem Grenzparameterwert der bestimmten generativen Schichtbauvorrichtung herangezogen. Dieser Grenzparameterwert bezieht sich auf die Prozessstabilität der bestimmten generativen Schichtbauvorrichtung, d. h, er repräsentiert eine Grenze, jenseits derer nicht mehr gewährleistet werden kann, dass diese bestimmte generative Schichtbauvorrichtung das herzustellende Objekt prozessstabil, d.h. ohne das Auftreten von Prozessirregularitäten, herstellen kann.
Erfmdungsgemäß wird also aufgrund der Parameterwertinformationen aus dem computerbasierten Modell nicht (lediglich) eine Aussage über die Eigenschaften der hergestellten Objekts getroffen, sondern es wird eine Aussage über die Prozessstabilität des Herstellungsprozesses des Objektes getroffen.
Wenn also im Folgenden von Parametern und (Grenz-)Parameterwerten die Rede ist, so kann sich dies sowohl auf die Parameterwerte bzgl. der Prozessstabilität der Schichtbauvorrichtung beziehen als auch auf diejenigen bzgl. der eben erwähnten prinzipiellen Herstellbarkeit.
Durch ein generatives Schichtbauverfahren vorgegebene Grenzparameterwerte umfassen bevorzugt mindestens eine minimale Wandstärke, einen minimalen Lochdurchmesser, eine minimale Sacklochbreite und/oder maximale Sacklochtiefe, eine minimale Lochbreite und/oder - tiefe, insbesondere eine minimale Langlochbreite und/oder -tiefe, eine minimal durch die generative Schichtbauvorrichtung herstellbare Detailauflösung, einen minimalen Stufenversatz an schräg zu mehreren Schichten verlaufenden Oberflächen eine maximale Wandstärke bzw. einen von einem Nutzer vorgegebenen Nutzerparameter, insbesondere in Abhängigkeit von zugrunde gelegten Daten zu einem für die Herstellung des Objekts vorgesehenen Material und/oder Befehlsparametern und/oder Wandstärken.
Die oben genannten Parameter beschreiben einzeln oder zusammengenommen in der Regel das Leistungsvermögen einer generativen Schichtbauvorrichtung. Beispielsweise wird ein minimaler Lochdurchmesser davon abhängen, wie stark die Wärmeleitung in dem verwendeten Aufbaumaterial ist, wie groß z.B. ein Strahldurchmesser eines zur Verfestigung verwendeten La- serstrahls ist, etc. Insbesondere können die Grenzparameter von den für die Steuerung der generativen Schichtbauvorrichtung verwendeten Befehlsparametern abhängen, beispielsweise von der Festlegung der Reihenfolge, mit der die einzelnen Stellen eines Objektquerschnitts verfestigt werden. Bevorzugt wird für den Fall, dass das Ergebnis eines Vergleichs ist, dass ein Parameterwert jenseits eines korrespondierenden Grenz-Parameterwerts liegt, automatisch und/oder in Interaktion mit einem Benutzer eine Anpassung dieses Parameterwerts durchgeführt. Hierdurch wird die Erstellung eines passenden computergestützten Modells für den CAD-Designer noch stärker vereinfacht. Durch Interaktion mit dem CAD-Designer wird dieser entweder zu einem Entwurf hingeführt, der tatsächlich herstellbar ist, oder aber der CAD-Designer muss sich überhaupt nicht um die Herstellbarkeit und Bearbeitbarkeit des Bauteils und um die Prozessstabilität des Betriebs der generativen Schichtbauvorrichtung kümmern, da sein entworfenes Modell des Bauteils automatisch korrigiert wird. Bei der Anpassung eines Parameterwerts, insbesondere bei der automatischen Anpassung desselben, kann der Parameterwert auf den Grenz-Parameterwert gesetzt werden. Bei dieser Vorgehensweise wird das Leistungsvermögen der generativen Schichtbauvorrichtung zur Gänze ausgeschöpft. Soll nicht an die Grenzen der Herstellbarkeit bzw. Prozessstabilität gegangen werden, so kann dies durch entsprechend entschärfte Grenzparameterwerte realisiert werden. Bei der Anpassung, insbesondere bei der automatischen Anpassung, kann weiter bevorzugt der Parameterwert so abgeändert werden, dass eine mechanische Eigenschaft des hergestellten Objekts in einer vorgegebenen Richtung abgeändert wird. Hierdurch ist es möglich, nicht nur vorgegebene Grenzen der Herstellbarkeit eines Bauteils zu berücksichtigen, sondern gleichzeitig auch noch gewünschte physikalische Eigenschaften des hergestellten Bauteils, insbesondere automatisch, einzustellen.
Bei der Anpassung, insbesondere bei der automatischen Anpassung, kann beispielsweise ein Parameterwert so abgeändert werden, dass das Gewicht des hergestellten Objekts verringert wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass Streben in einer Gitterstruktur abge- dünnt werden oder Hohlräume vergrößert werden oder in das Objekt eingefügt werden oder auch dadurch, dass normalerweise massive Bereiche des Bauteils mit einer Struktur im Innern hergestellt werden. Beispielsweise kann bei der Anpassung, insbesondere bei der automatischen Anpassung, der Parameterwert so abgeändert werden, dass die Steifigkeit und/oder die Zugfestigkeit und/oder die Bruchdehnung bei Zugbeanspruchung und/oder die Querkontraktionszahl und/oder das Torsions verhalten und/oder das Ermüdungsverhalten des hergestellten Objekts berücksichtigt und/oder abgeändert, insbesondere optimiert, wird. Durch das genannte Vorgehen wird dem CAD-Designer der Entwurf noch leichter gemacht, da durch das Verfahren wichtige mechanische Parameter eines auf dem aktuellen Entwurf basierenden Bauteils bereits zum Zeitpunkt des Entwurfs optimiert werden. Hierdurch kann der Entwicklungszeitraum für ein Bauteil reduziert werden. Beispielsweise kann bei der Anpassung, insbesondere bei der automatischen Anpassung, eines Parameterwerts die Änderung des Parameterwerts auf der Basis einer Finite-Elemente-Simula- tion einer mechanischen Eigenschaft des herzustellenden Objekts festgelegt werden. Hierbei fließen in die Simulation im Idealfall Informationen über die Materialzusammensetzung des Bauteils, insbesondere mechanische und physikalische Parameter des Materials, ein.
Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn es sich bei der Herstellung des Objekts mittels der generativen Schichtbauvorrichtung um ein erstes Herstellungsverfahren handelt, der Grenz-Parameterwert ein mittels eines zweiten, anderen Herstellungsverfahrens als dem ersten Herstellungsverfahren herstellbarer Extremwert für den Parameter sein und/oder ein in einem dem ersten Herstellungsverfahren nachgelagerten Verfahren bearbeitbarer Extremwert für den Parameter.
Die Grenzparameterwerte können sich dabei auf eine bestimmte Nachbearbeitungsvorrichtung oder zweite Herstellvorrichtung (z.B. eine Serienfertigungsvorrichtung) beziehen, mit anderen Worten Parameterwerte sein, die gerade noch mittels dieser Nachbearbeitungsvorrichtung bearbeitbar sind oder dieser zweiten Herstellvorrichtung herstellbar sind.
Der Begriff "bestimmte Nachbearbeitungsvorrichtung oder zweite Herstellvorrichtung" kann dabei folgende unterschiedliche Arten von Vorrichtungen bezeichnen:
• eine ganz bestimmte Vorrichtung, gekennzeichnet durch eine Seriennummer, die beispielsweise spezifisch optimiert ist,
• eine ganz bestimmte Baureihe von Vorrichtungen, z.B. alle Vorrichtungen der gleichen Baureihe mit der gleichen Typenbezeichnung,
• eine Gruppe von Vorrichtungen (die durchaus von verschiedenen Herstellern stammen können), welche eine gemeinsame Eigenschaft aufweisen (z.B. eine Bauraummindest- größe oder die Verwendung des gleichen Strahlmittels, etc.),
• Vorrichtungen, die auf die Verarbeitung oder Bearbeitung einer ganz bestimmten
Gruppe von Materialien ausgelegt sind (z.B. Kunststoff oder Metall, ggf. noch weiter eingeschränkt auf z.B. PA12),
• Herstellvorrichtungen, die eine ganz bestimmte Art von Herstellungsverfahren durchführen (z.B. Spritzgießvorrichtungen, CNC-Fräsvorrichtungen oder SLS (selektive La- sersinter-)vorrichtungen)
Je nachdem, welche Grenzparameter dem Vergleich zugrunde gelegt werden, wird dadurch festgelegt, für welche "bestimmte Nachbearbeitungsvorrichtung oder zweite Herstellvorrich- tung" eine Bearbeitbarkeit bzw. Herstellbarkeit abgeprüft wird. Handelt es sich also um Grenzparameterwerte, die sich auf eine bestimmte Gruppe von Vorrichtungen beziehen, dann wird die Bearbeitbarkeit bzw. Herstellbarkeit eines Bauteils (Objekts) mittels einer Vorrichtung aus dieser Gruppe von Vorrichtungen geprüft.
Durch ein Nachbearbeitungsverfahren oder zweites Herstellverfahren vorgegebene Grenzpara- meterwerte umfassen bevorzugt mindestens einen der folgenden: eine minimale Wandstärke, einen minimalen Lochdurchmesser, eine minimale Sacklochbreite und/oder maximale Sacklochtiefe, eine minimale Lochbreite und/oder -tiefe, insbesondere eine minimale Langlochbreite und/oder -tiefe, eine minimal durch die im nachgelagerten Verfahren verwendete Vorrichtung bearbeitbare und/oder die zweite Vorrichtung herstellbare Detailauflösung, einen mi- nimalen Stufenversatz an schräg zu mehreren Schichten verlaufenden Oberflächen, eine maximale Wandstärke bzw. einen von einem Nutzer vorgegebenen Nutzerparameter, insbesondere in Abhängigkeit von zugrunde gelegten Daten zu einem für das erste und/oder zweite Fertigungsverfahren vorgesehenen Material vorgesehenen Material und/oder Befehlsparametern und/oder Wandstärken.
Die oben genannten Parameter beschreiben einzeln oder zusammengenommen in der Regel das Leistungsvermögen einer Nachbearbeitungsvorrichtung oder der zweiten Herstellvorrichtung (z.B. einer Serienfertigungsvorrichtung). Beispielsweise wird ein minimaler Lochdurchmesser davon abhängen, wie stark die Wärmeleitung in dem verwendeten Aufbaumaterial ist, wie groß z.B. ein Strahl durchmesser eines zur Verfestigung verwendeten Laserstrahls ist, etc. Insbesondere können die Grenzparameter von der Art der Steuerung der Nachbearbeitungsvorrichtung oder zweiten Herstellvorrichtung abhängen.
Bei dem Grenz-Parameterwert kann es sich beispielsweise um einen Minimalwert für eine Ab- messung handelt, die durch ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche, insbesondere ein
Verfahren zum Reinigen der Oberfläche des Objekts insbesondere nach dessen Herstellung bearbeitbar ist. Da generativ hergestellte Bauteile in vielen Fällen während ihrer Herstellung von Aufbaumaterial umgeben sind, handelt es bei der Reinigung um einen wichtigen, bei vielen Herstellungsverfahren notwendigen Schritt. Eine entsprechende erfindungsgemäße Berücksich- tigung der Performance des Reinigungsvorgangs bereits beim Entwurf eines Bauteils ist wichtig, da es bei vielen Anwendungen auf saubere Bauteiloberflächen ankommt. Denkbar ist aber auch eine Berücksichtigung von Grenzparameterwerten für andere Oberflächenbehandlungsverfahren, z.B. Einfärbeverfahren. Im letztgenannten Fall könnte ein Grenzparameterwert z.B. der minimale Durchmesser eines einzufärbenden Loches in der Oberfläche sein. Insbesondere kann es sich bei dem Grenz-Parameterwert um einen Minimalwert für eine Abmessung handeln, die durch ein Verfahren zum Strahlen der Oberfläche des Objekts nach dessen Herstellung bearbeitbar ist. Damit wird es möglich, gerade bei Strahlverfahren, die häufig für eine Bauteilreinigung zum Einsatz kommen, bereits beim Entwurf des Bauteils Erkenntnisse über dessen Bearbeitbarkeit zu gewinnen.
Wenn bereits während des Entwurfs eines computerbasierten Modells des herzustellenden Objekts die Strahlbarkeit von dessen Oberfläche abgeprüft wird, so kann das dadurch geschehen, dass für mindestens einen Abschnitt der Oberfläche geprüft wird, ob es in einer Richtung einer Normalen zu der Oberfläche von dieser beabstandet einen weiteren Oberflächenabschnitt des Objekts gibt und falls dies der Fall ist, der Abstand in Richtung der Normalen zwischen dem mindestens einen Abschnitt der Oberfläche und dem weiteren Oberflächenabschnitt mit dem Grenz-Parameterwert verglichen wird.
Durch diese Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es in besonders einfacher Weise möglich, die Strahlbarkeit eines basierend auf einem computergestützten Modell herzustellenden Bauteils bereits vor der Herstellung zu ermitteln. Dies erspart unnötige Herstellvorgänge, die zu nicht verwendbaren Bauteilen führen, da eine hinreichende Reinigung nicht möglich ist. Weiterhin kann die Strahlbarkeit der Oberfläche des herzustellenden Objekts alternativ oder zusätzlich zum gerade geschilderten Verfahren auch dadurch abgeprüft werden, dass für mindestens einen Abschnitt der Oberfläche geprüft wird, ob es innerhalb eines Winkelbereichs, der eine Richtimg einer Normalen zu der Oberfläche beinhaltet, von dem mindestens einen Abschnitt der Oberfläche beabstandet einen weiteren Oberflächenabschnitt des Objekts gibt und falls dies der Fall ist, der Abstand zwischen dem mindestens einen Abschnitt der Oberfläche und dem weiteren Oberflächenabschnitt mit dem Grenz-Parameterwert verglichen wird. Durch dieses spezifische Vorgehen wird es möglich, noch gezielter eine Strahlbarkeit von Oberflächen abzuprüfen, da komplexere Geometrien von Objektoberflächen bei der Beurteilung der Strahlbarkeit berücksichtigt werden können. Speziell kann durch Einstellen des der Prüfung zugrunde zu legenden Winkelbereichs das Verfahren an verschiedene Strahlverfahren angepasst werden (beispielsweise an die Größe der beim Strahlen verwendeten Körner).
Ein erfindungsgemäßes generatives Schichtbauverfahren zur Herstellung mindestens eines dreidimensionalen Objekts mittels schichtweiser Verfestigung eines pulverförmigen oder flüssigen Aufbaumaterials erfolgt in einer generativen Schichtbauvorrichtung mit
einer Bauunterlage zum Tragen des mindestens einen herzustellenden Objektes, einer Auftragsvorrichtung zum Aufbringen einer Schicht des pulverförmigen oder flüssigen Aufbaumaterials auf die Bauunterlage oder eine bereits zuvor aufgetragene und selektiv verfestigte Schicht des Aufbaumaterials,
einer selektiven Verfestigungsvorrichtung, die in der Lage ist, auf alle Stellen in der aufgebrachten Schicht, die einem Querschnitt des mindestens einen herzustellenden Objektes entsprechen, dergestalt einzuwirken, dass das Aufbaumaterial sich an diesen Stellen zu einem Festkörper verbindet, und
einer Steuereinheit, welche die Auftragsvorrichtung und die selektive Verfestigungsvorrichtung so steuert, dass das Objekt durch aufeinanderfolgende selektive Verfestigung von Schichten des Aufbaumaterials hergestellt wird,
Erfindungsgemäß wird zur Steuerung des Schichtbau Verfahrens ein mittels des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geprüfter Eingangsdatensatz verwendet.
Eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung zur Prüfung eines Eingangsdatensatzes einer generati- ven Schichtbauvorrichtung weist auf:
- eine Vergleichseinheit, welche im Betrieb mindestens einen Parameterwert in einem computerbasierten Modell eines mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herzustellenden Objekts mit einem Grenz-Parameterwert vergleicht, der ein in einem bei der Herstellung des Objekts angewendeten Verfahren realisierbarer Extremwert für den Parameter, insbesondere ein prozessstabil realisierbarer Extremwert für den Parameter ist,
- optional eine Speichereinheit, in der ein computerbasiertes Modell eines mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herzustellenden Objekts hinterlegt ist, - optional eine Speichereinheit, in der mindestens ein Grenz-Parameterwert hinterlegt ist, der ein in einem bei der Herstellung des Objekts angewendeten Verfahren realisierbarer Extremwert für den Parameter, insbesondere ein prozessstabil realisierbarer Extremwert für den Parameter, ist.
Eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung zur Prüfung eines Eingangsdatensatzes einer generativen Schichtbauvomchtung weist auf:
eine Vergleichseinheit, welche im Betrieb mindestens einem Parameterwert in einem computerbasierten Modell eines mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herzustellenden Ob- jekts mit einem Grenz-Parameterwert der Schichtbauvorrichtung vergleicht, der ein Extremwert für einen Parameter ist, der sich auf eine prozessstabile Herstellung des herzustellenden Objekts bezieht, optional eine Speichereinlieit in der ein computerbasiertes Modell eines mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herzustellenden Objekts hinterlegt ist und optional eine Speichereinheit, in der mindestens ein Grenz-Parameterwert der Schichtbauvorrichtung hinterlegt ist, der ein Extremwert für einen Parameter ist, der sich auf eine prozessstabile Herstellung des herzustellenden Objekts bezieht.
Bei einer Variante der Prüfvorrichtung führt die Vergleichseinheit einen Vergleich mit einem Grenz-Parameterwert durch, der ein mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herstellba- rer Extremwert für den Parameter, insbesondere ein mittels der generativen Schichtbauvorrichtung prozessstabil herstellbarer Extremwert für den Parameter, ist.
Bevorzugt kann bei der Prüfvorrichtung die Vergleichseinheit auch einen Vergleich mit einem Grenz-Parameterwert durchführen, der, wenn es sich bei der Herstellung des Objekts mittels der generativen Schichtbauvorrichtung um ein erstes Herstellungsverfahren handelt, ein mittels eines zweiten, anderen Herstellungsverfahrens als dem ersten Herstellungsverfahren herstellbarer Extremwert für den Parameter ist und/oder ein in einem dem ersten Herstellungsverfahren nachgelagerten Verfahren bearbeitbarer Extremwert für den Parameter ist. Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung ermöglicht damit eine Verkürzung der Zeit vom Beginn des Entwurfs eines computergestützten Modells eines Bauteils bis zur Fertigstellung und ggf. Reinigung des Bauteils nach einem generativen Schichtbauvorgang oder ggf, bis zur Fertigstellung des Bauteils in einem Serienfertigungsverfahren. Die Prüfvorrichtung kann beispielsweise eine unabhängige Vorrichtung sein, die in ein Netzwerk integriert sein kann oder aber auch in ein bestehendes CAD(Computer Aided Design)-, CAE(Computer Aided Enginee- ring)- oder CAM(Computer Aided Manufacturing)-System integriert sein. Optional kann die Prüfvorrichtung eine Ausgabevorrichtung beinhalten, welche für den Fall, dass das Ergebnis des Vergleichs ist, dass ein Parameter einen Parametergrenzwert über- oder unterschreitet, eine entsprechende Information an einen Nutzer ausgibt. Anstatt der (oder zusätzlich zu den) jeweiligen oben genannten Speichereinheiten können die entsprechenden Daten (computerbasiertes Modell bzw. Grenz-Parameterwert) auch über jeweils mindestens eine entsprechend zur Entgegennahme dieser Daten ausgebildete Eingabeschnittstelle in die Prüfvorrichtung eingespeist werden.
Auch wenn im Prinzip eine automatische Designanpassung durch die Prüfvorrichtung möglich ist, so ist es für den Benutzer der Prüfvorrichtung (z.B. einen CAD-Designer) manchmal komfortabler, wenn er durch Vorgaben an einer Eingabevorrichtung (z.B. einem Terminal) selbst vorgeben kann, in welcher Weise sein geplantes Design angepasst wird. Daher kann die erfm- dungsgemäße Prüfvorrichtung optional eine Eingabevorrichtung zur Manipulation des computerbasierten Modells durch einen Nutzer aufweisen.
Wenn die Grenzparameterwerte und das computerbasierte Modell des herzustellenden Bauteils in ein und derselben Speichervorrichtung hinterlegt sind, dann wird dadurch die Durchführung des Verfahrens beschleunigt, da hierdurch Zeitverluste infolge von langen Übertragungswegen der Daten verhindert werden. Die Speichervorrichtung kann dabei entweder in der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung enthalten sein oder aber letztere kann (ggf. über ein Netzwerk) auf die Speichervorrichtung zugreifen.
Eine erfindungsgemäße generative Schichtbauvorrichtung zur Herstellung mindestens eines dreidimensionalen Objekts mittels schichtweiser Verfestigung eines pul verförmigen oder flüssigen Aufbaumaterials weist folgende Merlanale auf:
eine Bauunterlage zum Tragen des mindestens einen herzustellenden Objektes, eine Auftragsvorrichtung zum Aufbringen einer Schicht des pulverförmigen oder flüssigen Aufbaumaterials auf die Bauunterlage oder eine bereits zuvor aufgetragene und selektiv verfestigte Schicht des Aufbaumaterials,
eine selektive Verfestigungsvorrichtung, die in der Lage ist, auf alle Stellen in der auf- gebrachten Schicht, die einem Querschnitt des mindestens einen herzustellenden Objektes entsprechen, dergestalt einzuwirken, dass das Aufbaumaterial sich an diesen Stellen zu einem Festkörper verbindet, und
eine Steuereinheit, welche die Auftragsvorrichtung und die selektive Verfestigungsvorrichtung so steuert, dass das Objekt durch aufeinanderfolgende selektive Verfestigung von Schichten des Aufbaumaterials hergestellt wird,
wobei die erfindungsgemäße generative Schichtbauvorrichtung insbesondere eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung zur Prüfung eines Eingangsdatensatzes einer generativen Schichtbauvorrichtung aufweist und/oder mit einer solchen Prüfvorrichtung signaltechnisch verbunden ist.
Ist die Prüfvorrichtung zur Prüfung eines Eingangsdatensatzes einer generativen Schichtbauvorrichtung in der letzteren enthalten oder mit dieser signaltechnisch verbunden, so kann alternativ oder zusätzlich zur Anpassung des Designs an die Prozessstabilität und ggf, zusätzlich Herstellbarkeit bzw. Bearbeitbarkeit während des Entwurfs eines computergestützten Modells eines herzustellenden Bauteils, auch unmittelbar vor Beginn eines Herstellvorgangs durch einen AM-Experten die Prozessstabilität und ggf. zusätzlich die Herstellbarkeit abgeprüft werden. Zum einen dient eine solche Überprüfung der Vermeidung von instabilen Herstellungsvorgängen, die zu unbrauchbaren Teilen führen, was mit einer Verschwendung von Zeit und Ressourcen verbunden ist, zum anderen erleichtert dies dem AM-Experten die Überprüfung der Prozessstabilität, da er die Einhaltung von Grenzparameterwerten durch das Design nicht "manuell" abprüfen muss, wodurch Fehler auf seiner Seite beim Prüfen der Prozessstabilität vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zweckmäßigerweise in Form eines Computerpro- gramms realisiert, auch wenn dies nicht zwingend notwendig ist. Eine softwaregestützte Realisierung des Verfahrens erlaubt jedoch eine einfache Integration in ein CAD-, CAE- oder CAM- System oder eine generative Schichtbauvorrichtung. Die Software kann beispielsweise in einem Speicher des CAD-, CAE- oder CAM-Systems oder der generativen Schichtbauvorrichtung hinterlegt werden oder das CAD-, CAE- oder CAM-System oder die generative Schichtbauvorrichtung können über ein Netzwerk auf die Software zugreifen,
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei können Merkmale aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung zum erfindungsgemäßen Verfahren auch zur Weiterbildung der erfindungs gemäßen Vorrichtung verwendet werden oder umgekehrt, es sei denn, dies wird explizit ausgeschlossen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer generativen Schichtbauvorrichtung am
Beispiel einer Lasersintervorrichtung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Prüfung eines Eingangsdatensatzes für eine generative Schichtbauvorrichtung und
Fig. 3 zeigt den Aufbau einer Prüfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt schematisch das Vorgehen bei einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Abprüfen der Strahlbarkeit einer Oberfläche.
Fig. 5 zeigt beispielhaft eine Korrektur der Oberflächengeometrie zur Herstellung der
Strahlbarkeit.
Fig. 6 zeigt schematisch das Vorgehen bei einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zum Abprüfen der Strahlbarkeit einer Oberfläche.
Für eine Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll zunächst nachfolgend am Beispiel einer Lasersintervorrichtung eine erfindungsgemäße generative Schichtbauvorrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben werden. Die Vorrichtung weist einen Baubehälter 1 auf, in dem ein Träger 2 zum Tragen eines zu bildenden Objekts 3 vorgesehen ist. Der Träger 2 ist über eine Höheneinstelleinrichtung 4 in vertikaler Richtung in dem Baubehälter verfahrbar. Die Ebene, in der aufgetragenes pulverförmiges Aufbaumaterial verfestigt wird, definiert eine Arbeitsebene 5. Zum Verfestigen des pulver- förmigen Materials in der Arbeitsebene 5 ist ein Laser 6 vorgesehen, der einen Laserstrahl 7 erzeugt, welcher über eine Ablenkeimichtung 8 und gegebenenfalls eine Fokussiereinheit 9 auf die Arbeitsebene 5 fokussiert wird. Es ist eine Steuerung 10 vorgesehen, die die Ablenkeinrichtung 8 und gegebenenfalls die Fokussiereinheit 9 derart ansteuert, dass der Laserstrahl 7 auf jede beliebige Stelle der Arbeitsebene 5 gelenkt werden kann.
Die Steuerung 10 wird über einen Steuerbefehlssatz angesteuert, der u.a. Daten enthält, die die Struktur des herzustellenden Objekts beinhalten, insbesondere ein dreidimensionales CAD- Schichtenmodell des Objekts mit Informationen über den jeweiligen Querschnitt des Objekts in jeder zu verfestigenden Schicht des Aufbaumaterials, und Daten, die die genauen Parameter beim Verfestigen des Aufbaumaterials festlegen. Insbesondere enthalten die Daten genaue Informationen über jede zu verfestigende Schicht bei der Herstellung des Objekts.
Ferner ist eine Zuführvorrichtung 1 1 vorgesehen, mit der pulverförmiges Aufbaumaterial für eine folgende Schicht zugeführt werden kann. Mittels eines Beschichters 12 wird das Aufbau- material in der Arbeitsebene 5 aufgebracht und geglättet.
Im Betrieb wird durch die Steuerung 10 der Träger 2 Schicht für Schicht abgesenkt, der Beschichter 12 zum Auftrag einer neuen Pulverschicht angesteuert und die Ablenkeinrichtung 8 und gegebenenfalls auch der Laser 6 und/oder die Fokussiereinheit 9 zum Verfestigen der je- weiligen Schicht an den dem jeweiligen Objekt entsprechenden Stellen mittels des Laserstrahls
7 in der Arbeitsebene 5 angesteuert.
Als pulverförmiges Aufbaumaterial können alle für das Lasersinterverfahren geeigneten Pulver bzw. Pulvermischungen verwendet werden, Solche Pulver umfassen z. B. Kunststoffpulver wie Polyamid oder Polystyrol, PAEK (Polyaryl Ether Ketone), Elastomere, wie PEBA (Polyether Block Ami de), kunststoffbeschichteten Sand, Keramikpulver oder Metallpulver, z. B. Edelstahlpulver oder andere, an den jeweiligen Zweck angepasste Metallpulver, insbesondere Legierungen. Das erfindungsgemäße Vorgehen wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beschrieben.
Zunächst werden von der Modelldaten-Eingangseinheit 101 in der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung 100 zur Prüfung eines Eingangsdatensatzes einer bestimmten generativen Schicht- bauvorrichtung (CAD)-Modelldaten MD des herzustellenden Bauteils entgegengenommen, die zumindest einen Teilbereich des herzustellenden Bauteils beschreiben (Schritt Sl in Fig. 2). Dabei können die Daten MD auch Informationen über die einzelnen Schichten während des generativen Herstellungsverfahrens beinhalten. Darüber hinaus können auch weitere Informationen, beispielsweise über die zu verwendenden Werkstoffe, enthalten sein. Falls die Prüfvor- richtung nicht in das CAD-Entwurfssystem integriert ist, mit welchem ein CAD-Designer ein mittels eines generativen Herstellungsverfahrens herzustellendes Bauteil entwirft (z.B. als Plug-in), können die Daten MD, die dem CAD-Entwurfssystem entstammen, der Modelldaten- Eingangseinheit 101 entweder über ein Netzwerk zugeführt werden oder über einen mobilen Datenträger in die Modelldaten-Eingangseinheit 101 eingelesen werden. Falls die Prüfvorrich- tung 100 Bestandteil des CAD-Entwurfssystems ist, kann die Modelldaten- Eingangseinheit 101 einfach auf den Speicherplatz der Daten innerhalb des Entwurfssystems zugreifen. Optional können die Modelldaten MD in einer in der Prüfvorrichtung 100 enthaltenen Speichereinheit 103b abgelegt werden. Nun werden mittels der Parameterermittlungseinheit 102 Parameterwerte PI ... Pn in den Modelldaten MD ermittelt, die Parametern entsprechen, für die Grenz-Parameterwerte GP 1 bis GPn vorgegeben sind (Schritt S2 in Fig. 2). Grenz-Parameterwerte GP1 bis GPn sind dabei Extremwerte für Parameter der Schichtbauvorrichtung, die sich auf eine prozessstabile Herstellung des herzustellenden Objekts beziehen oder Extremwerte für Parameter, die in einem Ver- fahren zur Nachbearbeitung zumindest eines Teils der Oberfläche eines mittels der generativen
Schichtbauvorrichtung hergestellten Objekts, z. B. einem Reinigungsverfahren, gerade noch bearbeitbar sind und/oder Parameter, die bei der Herstellung des Objekts durch eine andere Vorrichtung als die generative Schichtbauvorrichtung gerade noch herstellbar sind. Bei der anderen Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Spritzgießvorrichtung handeln, die für eine Serienfertigung der Bauteile verwendet wird, nachdem erste Prototypen mittels der generativen Schichtbauvorrichtung hergestellt wurden. Der Satz Grenz-Parameterwerte kann dabei 5 lediglich einen Grenz-Parameterwert PI oder auch eine Mehrzahl von Grenz-Parameterwerten PI bis Pn umfassen. Bei den den Parameterwerten zugeordneten Parametern handelt es sich z.B. um Wandstärken, Lochdurchmesser bzw. Kanaldurchmesser, Sacklochtiefen, etc. in den Modelldaten MD. Die entsprechenden Grenz-Parameterwerte wären dann z.B. eine minimale Wandstärke, ein minimaler Lochdurchmesser bzw. Kanaldurchmesser, eine maximale Sack- 10 lochtiefe, etc. Insbesondere können sich Parameter und Grenz-Parameterwerte auch auf parameterbasierte Aspekte eines Schichtbauverfahrens beziehen, die nicht in Zusammenhang mit einer prozessstabilen Herstellung eines Objekts stehen.
Die ermittelten Parameterwerte PI . .. Pn werden der Vergleichseinheit 103 zugeführt, die eilt.5 nen Vergleich eines jeden der ermittelten Parameterwerte PI bis Pn mit dem zugehörigen Grenz-Parameterwert GP1 bis GPn durchführt (Schritt S3 in Fig. 2). Die Grenz-Parameterwerte GP1 bis GPn können dabei in einer Speichereinheit 103a in der Prüfvorrichtung 100 abgelegt sein oder alternativ werden die Grenz-Parameterwerte der Prüfvorrichtung 100 über ein Netzwerk oder einen mobilen Datenträger zugeführt. Es sei bemerkt, dass die Speichereinheit 2 0 103a (ebenso wie die Speichereinheit 103b) nicht zwingend Bestandteil der Vergleichseinheit 103 sein müssen, auch wenn dies in Fig. 3 so dargestellt ist.
Stellt sich bei dem Vergleich heraus, dass ein oder mehrere Parameterwerte die zugehörigen Grenz-Parameterwerte über- oder unterschreiten (z.B. Unterschreitung einer minimalen Wand-
2 5 dicke oder Überschreitung einer maximalen Sacklochtiefe), dann schreitet der Ablauf in Fig. 2 voran zum Schritt S4. Bei diesem Schritt gibt es mehrere Möglichkeiten des Vorgehens:
Einerseits kann über eine in Fig. 3 gezeigte Benachrichtigungseinheit 104 ein Nutzer über eine oder mehrere Grenzwertüberschreitungen informiert werden. In diesem Falle muss der Nutzer
3 0 (z.B. ein CAD-Designer) selbst entscheiden, was zu tun ist (z.B. Anpassung des Designs oder
Wechsel auf eine andere generative Schichtbauvorrichtung). Alternativ oder auch zusätzlich kann die Prüfvorrichtung 100 die Modelldaten so abändern, dass der oder die Parameterwerte, die Grenzwerte überschritten, abgeändert werden. Beispielsweise können die Modelldaten so abgeändert werden, dass die entsprechenden Parameterwerte mit den jeweiligen Grenz-Parameterwerten zusammenfallen. Die abgeänderten Modelldaten können dann über eine in Fig. 3 gezeigte Modelldaten- Ausgabeeinheit 105 an das CAD-Entwurfssystem übermittelt werden. Dies kann beispielsweise wiederum über ein Netzwerk oder einen mobilen Datenträger geschehen oder durch Zugriff auf eine Speichervorrichtung, auf die auch das CAD-Entwurfssystem Zugriff hat. Werden die Grenz-Parameterwerte nicht über- oder unterschritten, so kann optional eine Nachricht an einen Nutzer ausgegeben werden. In Figur 2 wäre das der optionale Schritt S5. Werden die Grenz-Parameterwerte über- oder unterschritten, so kann das Verfahren bei einer erstmaligen Grenzwertüber- oder -unterschreitung mit einer Benachrichtigung an den Nutzer abbrechen oder aber bis zur vollständigen Prüfung der gesamten von der Modelldaten-Eingangs- einheit 101 entgegengenommenen Modelldaten fortgeführt werden. In letzterem Fall erhielte der Nutzer Informationen über alle aufgetretenen Grenz-Parameterwertüber- oder -unterschreitungen. Auch bei einer automatischen Änderung der Modelldaten MD durch die Prüfvorrichtung ist es sinnvoll, die gesamten von der Modelldaten-Eingangseinheit 101 entgegengenommenen Modelldaten abzuprüfen.
Wird beispielsweise in dem Modell die minimal herstellbare Wandstärke unterschritten, kann das erfindungs gemäße Verfahren dem CAD-Designer mittels einer visuellen Information anzeigen, dass es ein Problem bei der Herstellung geben wird. Bevorzugt wird dem Nutzer auch die konkrete Stelle im Modell angezeigt, an der das Problem auftreten wird. Dies könnte bei- spielsweise dadurch geschehen, dass in einer Visualisierung des bereits entworfenen Modells jene Stelle farblich hervorgehoben ist, an der es bei der Herstellung zu einem Problem kommen wird, Als Reaktion auf die ausgegebene Warnung kann dann der Nutzer das CAD-Modell anpassen, beispielsweise die Wandstärke an der bezeichneten Stelle erhöhen. Probleme mit einer zu geringen Wandstärke im CAD-Modell können beispielsweise daher resultieren, dass, beispielsweise bei einem Laserschmelzverfahren, nach dem Aufschmelzen des pulverförmigen Aufbaumaterials im Bereich eines Querschnitts, der eine dünne Wand in dem W 201
22
Bauteil schneidet, im Bereich der dünnen Wand Pulver im an den aufgeschmolzenen Bereich benachbarten Bereich sich so stark mit dem aufgeschmolzenen Bereich verbindet, dass dadurch die Wanddicke erhöht wird und eine minimale Wanddicke nicht unterschritten werden kann. Ein ähnliches Problem kann bei der Herstellung eines sehr kleinen Loches auftreten. Hier kann durch anhaftendes Material das Loch vollständig verschwinden, so dass ein minimaler Lochdurchmesser nicht unterschritten werden kann. Ist das Loch nicht laeisförmig, so kann (z.B. bei Langlöchern) entsprechend eine minimale Lochbreite nicht unterschritten werden. In ähnlicher Weise kann eine minimale Lochtiefe durch den Herstellungsprozess (z.B. mittels einer genera- tiven Schichtbauvorrichtung) oder einen Nachbearbeitungsprozess vorgegeben sein. Dies kann beispielsweise daher rühren, dass eine Lochtiefe geringer ist als die Dicke einer Schicht bei der schichtweisen Herstellung. Ganz allgemein kann das erfindungsgemäße Verfahren abprüfen, ob in dem entworfenen Modell ein minimal durch die generative Schichtbauvorrichtung herstellbares Detail unterschritten wird.
Ein anderes Problem liegt in Bezug auf Sacklöcher vor. Hier muss sichergestellt sein, dass nach Abschluss des Herstellungsvorgangs unverfestigtes Baumaterial wieder aus dem Sackloch entfernt werden kann, so dass dieses eine minimale Breite und/oder eine maximale Tiefe aufweisen muss. Bei schräg zu mehreren Schichten verlaufenden Oberflächen wird es bei genera- tiven Schichtbauverfahren einen Stufenversatz geben (Treppencharakter). Hier kann dem
CAD-Designer angezeigt werden, mit welcher Auflösung eine schräg verlaufende Oberfläche realisiert werden kann, also wie der minimal realisierbare Stufenversatz ist.
In der Regel hängen die Informationen bezüglich der Grenzwerte, die realisierbar sind, von dem für die Herstellung verwendeten Material ab, da unterschiedliche Materialien sich beispielsweise beim Aufschmelzen unterschiedlich verhalten können und beispielsweise unterschiedlich Wärme leiten. Auch werden die Parametergrenzwerte von der Steuerung des Herstellungsprozesses oder Nachbearbeitungsprozesses, also beispielsweise von den Steuerbefehlen bzw. Befehlsparametern einer für die Herstellung verwendeten generativen Schichtbauvor- richtung beeinflusst. So spielt der verwendete Laserstrahldurchmesser in einer Laserschmelzvorrichtung eine Rolle sowie ebenfalls die Strahlablenl geschwindigkeit, die Kühlleistung, die verwendete Schichtdicke und eventuell sogar die Anzahl der herzustellenden Objekte im Bauraum. Auch hieran erkennt man, dass es sich bei der Abschätzung, ob ein Bauteil die Grenzparameterwerte bei seiner Herstellung über- oder unterschreiten wird, um eine schwierige Aufgabe handelt. Im ungünstigsten Fall sind die Grenzparameterwerte langjährige Erfahrungs- werte, die beispielsweise an vorangegangenen ähnlichen Bauteilen ermittelt wurden.
Für den Nutzer des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es von besonderem Vorteil, wenn Parameter bzw. Abmessungen, die einen Grenzparameterwert über- oder unterschreiten, automatisch angepasst werden, so dass das CAD-Modell an der Stelle, an der bei der Herstellung ein Problem auftreten wird, automatisch abgeändert wird. Beispielsweise kann eine ursprünglich mit 100 μη bemessene Wandstärke automatisch auf 150 μιτι gesetzt werden. Beispielsweise könnte auch ein Parameterwert, der einen Grenzparameterwert über- oder unterschreitet, automatisch auf den Grenzparameterwert gesetzt werden. Um beim Beispiel der minimalen Wandstärke zu bleiben, so würde, falls der Grenzparameterwert bei 150 μιη liegt, eine mit 100 μηα bemessene Wand automatisch auf 150 μηι gesetzt.
Mit der Kenntnis der Grenzparameterwerte, die für eine generative Schichtbauvorrichtung vorliegen, geht in der Regel auch die Kenntnis des verwendeten Aufbaumaterials und der verwendeten Herstellungsparameter einher. Dies macht es möglich, bereits vor der Herstellung des ei- gentlichen Bauteils dessen mechanische oder physikalische Eigenschaften zu simulieren. Dies wiederum macht es möglich, bereits während des CAD-Entwurfs Anpassungen des Modells vorzunehmen, durch welche eine mechanische oder physikalische Eigenschaft des Bauteils in einer gewünschten Richtung abgeändert wird. Beispielsweise könnte man nach einer Simulation des Bauteilgewichts das Modell so abändern, dass das Gewicht verringert wird, beispiels- weise durch Verringern von Wandstärken. In gleicher Weise können Anpassungen beispielsweise der Steifigkeit, der Zugfestigkeit, der Bruchdehnung bei Zugbeanspruchung, der Quer- kontraktionszahl, des Torsionsverhaltens oder des Ermüdungsverhaltens vorgenommen werden. W
Im Idealfall wird die Anpassung von mechanischen Eigenschaften des Bauteils durch Anpassen des Modells automatisch vorgenommen, nachdem der CAD-Designer bei Beginn des Designs dem System mitgeteilt hat, welche mechanischen Eigenschaften in welcher Weise optimiert werden sollen.
Was das erwähnte Simulations verfahren anbelangt, so kann hierfür auf bekannte finite Elemente-Simulationsverfahren zurückgegriffen werden.
Wie bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren mittels einer Software realisiert sein, die auf dem CAD-System ausgeführt wird. Dabei kann die Software als Zusatzmodul vorliegen, das mit dem CAD-Programm interagiert. Die Modelldaten können beispielsweise über eine gängige Schnittstelle wie z.B. STEP/IGES zwischen CAD-Software und erfmdungs gemäßem Software-Modul ausgetauscht werden, Natürlich beschleunigt sich der Ablauf des Verfahrens, wenn das erfindungsgemäße Software-Modul auf die gleichen Modelldaten zugreift, wie das CAD-Programm, mit anderen Worten, wenn beide auf den gleichen Datensatz zugreifen. Dies spart insbesondere auch Speicherplatz ein.
Wem die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung als Plug-In-Modul für ein CAD-Entwurfssystem realisiert ist, dann ist es insbesondere möglich, dass eine Prüfung auf mögliche Grenz-Parame- terwertüber- oder -unterschreitungen kontinuierlich während der Erstellung des Entwurfs vorgenommen wird. Damit kann bei Hinzufügung von nicht herstellbaren Modell-Features (z.B. einer zu dünnen Wand) dem CAD-Designer unmittelbar eine Rückmeldung gegeben werden. Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren im Hintergrund (mit oder ohne Information an den CAD-Designer) nicht herstellbare Parameterwerte automatisch abändern durch automa- tische Abänderung des Entwurfs.
Ungeachtet der bescliriebenen Vorteile für einen CAD-Designer kann natürlich das erfindungsgemäße Verfahren auch als Software auf einem eigenständigen Rechnersystem ablaufen. Beispielsweise kann nach Abschluss des Designs eines computergestützten Modells eines Bauteils vor der Herstellung des Bauteils nochmals dessen Herstellbarkeit geprüft werden. Der Datenaustausch zwischen CAD-System und dem System mit der erfindungsgemäßen Software kann mittels mobiler Datenträger oder über ein Netzwerk stattfinden. Unter Umständen kann die Software, mit der das erfindungsgemäße Verfahren realisiert wird, auch in einem unmittelbar an die generative Schichtbauvorrichtung, mit der die Herstellung stattfinden wird, angegliederten Rechner oder aber in der generativen Schichtbauvorrichtung selbst ablaufen. Im Idealfall kann dann ein AM-Experte unmittelbar vor der Herstellung des Bauteils noch letzte Anpassun- gen vornehmen, um eventuell auftretende Schwierigkeiten bei der Herstellung des Bauteils mittels der generativen Schichtbauvorrichtung oder einer Herstellung mittels einer anderen Vorrichtung als der generativen Schichtbauvorrichtung oder bei einer auf die Herstellung folgenden (Oberflächen-)nachbearbeitung zu vermeiden, Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass ein Datenaustausch mit der generativen Schichtbauvorrichtung ebenfalls unter Zu- hilfenahme mobiler Datenträger oder eines Netzwerks erfolgen kann.
Auch wenn weiter oben als Beispiel einer generativen Schichtbauvorrichtung lediglich eine Lasersintervorrichtung beschrieben wurde, so ist das erfindungsgemäße Verfahren natürlich auch auf andere generative Schichtbauvorrichtungen und -verfahren anwendbar. Hier seien lediglich beispielhaft das Laserschmelzen, LLM (Ausschneiden aus Folien und Fügen), FLM (Aufbringen eines thermoplastischen Materials aus einer Düse), 3D-Drucken, Maskensinterverfahren und stereolithografische Verfahren genannt.
Weiterhin ist die Erfindung nicht auf den Entwurf, die Herstellung und Bearbeitung eines ein- zelnen Bauteils beschränkt. Werden mehrere (beispielsweise unterschiedliche) Bauteile gleichzeitig hergestellt, dann kann das erfindungsgemäße Verfahren mit allen Varianten in gleicher Weise durchgeführt werden, nur dass dann ein Abprüfen der Herstellbarkeit für mehrere Bauteile gleichzeitig durchgeführt wird. Erfindungsgemäß kann auch die Fertigbarkeit des entworfenen Modells in einem Serienfertigungsverfahren, bei dem es sich nicht um ein generatives Schichtbauverfahren handelt, abgeprüft werden, beispielsweise nachdem erste Prototypen des Bauteils mittels eines generativen Schichtbauverfahrens realisiert wurden. Eine Vorrichtung zur Herstellung des Bauteils, der das gleiche CAD-Modell zugrunde liegt, das auch der Herstellung mittels einer generativen Schichtbauvorrichtung zugrunde liegt, kann z.B. eine Spritzgussvorrichtung, eine CNC-Fräs- maschine, eine Gieß Vorrichtung, eine Extrudiervorrichtung, etc. oder gar eine andere generative Pierstellvorrichtung sein als jene, mit der Prototypen hergestellt wurden. In einer Ausfülirungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens wird die Strahlbarkeit des auf einem CAD-Modell basierenden hergestellten Bauteils überprüft. Dies geschieht bereits vor der Herstellung des Bauteils mittels einer generativen Schichtbauvorrichtung oder der Herstel- lung mittels einer anderen Vorrichtung in einem Serienfertigungsverfahren. Die Vorgehensweise dabei wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4 bis 6 erläutert:
Zunächst muss das 3D-CAD-Modell in ein Format gebracht werden, in dem die Außenfläche des korrespondierenden Bauteils mittels einer Tesselation, also einer Überdeckung mit Teilflä- chen z.B. Polygonen wie Dreiecken, Vierecken, Fünfecken, etc. beschrieben wird. Beispielsweise ist dies beim weit verbreiteten STL-Format der Fall, in dem die Oberfläche durch Überdecken mit aneinandergrenzenden Dreiecken beschrieben wird. Nun wird eine Mehrzahl von einzelnen Polygonen bzw. Teilflächen ausgewählt, die möglichst (aber nicht zwangsweise) gleichmäßig über die Oberfläche verteilt sind. Für jedes Polygon wird nun das folgende Ver- fahren durchgeführt:
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Oberfläche eines zu strahlenden Bauteils mit einem ausgewählten Polygon bzw. Oberflächenabschnitt 401. Für diesen Oberflächenabschnitt wird an einer definierten Stelle der Fläche (beispielsweise in jedem der ausgewählten Oberflä- chenabschnitte der Schwerpunkt S der Fläche) geprüft, ob es in einer Richtung der an diesem Schwerpunkt nach außen zeigenden Flächennormalen 402 einen von dem Oberflächenabschnitt 401 beabstandeten weiteren Oberflächenabschnitt 403 gibt. Falls dies der Fall ist, wird der Abstand d in Richtung der Flächennormalen 402 zwischen den beiden Oberflächenabschnitten 401, 403 ermittelt und mit einem Grenzwert (Grenz-Parameterwert) verglichen. Falls der Grenzwert unterschritten wird, so wird festgelegt, dass eine Strahlbarkeit des anfangs ausgewählten Oberflächenabschnitts 401 nicht gegeben ist. In diesem Fall wird eine Information an den Nutzer ausgegeben oder eine automatische Anpassung (z.B. Vergrößerung des Abstands d durch Drehen des Abschnitts 401 entgegen dem Uhrzeigersinn, wie in Fig, 5 angedeutet) vorgenommen. Es sei hier nochmals erwähnt, dass alle möglichen Variationen und Vorgehenswei- sen, wie sie weiter oben im Zusammenhang mit der Abprüfung der Herstellbarkeit beschrieben wurden, in gleicher Weise auch für die hier vorliegende Ausführungsform anwendbar sind. Die geschilderte Vorgehensweise ist nicht von der Art der Tesselation, insbesondere der Gestalt der Oberflächenabschnitte, abhängig. Diese müssen nicht zwangsläufig Polygone sein und auch nicht zwangsläufig alle von gleicher Art sein, also z.B. nicht alle dreiecksförmig sein. Es sind theoretisch auch Mischungen von z.B, Dreiecken und Fünfecken oder Fünfecken und Kreisen (mit dazwischenliegenden Formen), etc. möglich.
Weiterhin wäre es theoretisch auch möglich, per Zufall lediglich einen Oberflächenabschnitt 101 auszuwählen und an diesem das in Fig. 4 erläuterte Verfahren durchzuführen. Was die Lage des Punktes, an dem die Flächennormale ansetzt, innerhalb eines Oberflächenabschnitts anbelangt, so gibt es hierfür keine Beschränkungen. Es ist in jedem Fall aber sinnvoll, die Lage dieses Punktes in allen ausgewählten Oberflächenabschnitten in gleicher Weise festzulegen. Bei dreiecksförmigen Oberflächenabschnitten könnte beispielsweise jeweils statt des Schwerpunkts auch der Inkreismittelpunkt oder der Umkreismittelpunkt oder ein anderer ausgezeichneter Punkt innerhalb der Dreiecksfläche gewählt werden.
Eine abgewandelte Ausführungsform, bei der die Strahlbarkeit abgeprüft wird, wird unter Bezug auf Fig. 6 beschrieben, Gemäß dieser Abwandlung wird der Abstand zu einem etwaigen weiteren Oberflächenabschnitt an einer definierten Stelle der Fläche nicht in Richtung der Flächennormalen 402 abgeprüft, sondern in Richtung mindestens eines Strahls 402', der einen Winkel α (< 90°) mit der Flächennormalen einschließt. Bevorzugt kann solch ein Abstand d' auch für eine Mehrzahl von Strahlen 402' bestimmt werden, die alle innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs um die Flächennormale 402 herum liegen.
Abgesehen von dem von 90° verschiedenen Winkel ist die sonstige Vorgehensweise (incl. aller Variationsmöglichkeiten) die Gleiche wie sie oben im Zusammenhang mit der Benutzung der
Flächennormalen 402 beschrieben wurde. Dies heißt, ist ein ermittelter Abstand d' kleiner als ein Grenzwert, dann wird festgelegt, dass eine Strahlbarkeit des Oberflächenabschnitts 401 nicht gegeben ist. Man kann auch so vorgehen, dass für den Fall, dass der Grenzwert für den Abstand zweier
Oberflächenabschnitte entlang der Flächennormalen 402 unterschritten wird, zusätzlich noch ermittelt wird, ob der Grenzwert auch für einen Strahl 402' unterschritten wird, der mit der Flächennormalen einen Winkel α einschließt. Wiederum kann die Prüfung auch für mehrere Strahlen 402' innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs um die Flächennormale 402 herum durchgeführt werden. Man kann dann beispielsweise festlegen, dass die Strahlbarkeit der Ober- fläche immer dann gegeben ist, wenn es innerhalb des Winkelbereichs mindestens einen Strahl 402' gibt, entlang dessen der Grenzwert nicht unterschritten wird.
Die Größe des bei der letztgenannten Abwandlung zu verwendenden Winkelbereichs ist vom Material des Bauteils, vom Strahlmittel und weiteren Strahlparametern abhängig. Es kann je- doch bei der letztgenannten Abwandlung in komplexerer Weise eine Strahlbarkeit abgeprüft werden und in Abhängigkeit von den Strahlparametern individuell festgelegt werden, ob Strahlbarkeit vorliegt oder nicht.
Abschließend sei noch erwähnt, dass die einzelnen Komponenten einer Vorrichtung zur Prü- fung eines Eingangsdatensatzes einer generativen Schichtbauvorrichtung auch allein durch
Hardware-Komponenten oder Mischungen aus Hard- und Software realisiert sein können. Die Vorrichtung muss dann über eine Eingangsschnittstelle verfügen, über die die CAD-Modelldaten zugeführt werden können und auch die Grenzparameterwerte zugeführt werden können. In der vorliegenden Anmeldung erwähnte Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig als Hard- ware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Softwaremodule realisiert sein, beispielsweise, wenn die darüber eingespeisten bzw. ausgegebenen Daten von einer bereits auf dem gleichen Gerät realisierten anderen Komponenten übernommen werden können oder an eine andere Komponente nur softwaremäßig übergeben werden müssen. Ebenso könnten die Schnittstellen aus Hardware- und Software-Komponenten bestehen, wie zum Beispiel 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.

Claims

Patentansprüche 1. Computergestütztes Verfahren zur Prüfung eines Eingangsdatensatzes einer generativen Schichtbauvorrichtung, umfassend mindestens folgenden Schritt:
- Vergleich von mindestens einem Parameterwert in einem computerbasierten Modell eines mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herzustellenden Objekts mit einem Grenz- Parameterwert, der ein in einem bei der Herstellung des Objekts angewendeten Verfahren realisierbarer Extremwert für den Parameter, insbesondere ein prozessstabil realisierbarer Extremwert für den Parameter, ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den folgenden Schritt aufweist:
- Ausgeben einer Information an einen Nutzer für den Fall, dass das Ergebnis des Vergleichs ist, dass der Parameterwert jenseits des Extremwerts liegt.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der im Vergleich berücksichtigte Parameter eine Abmessung umfasst.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Grenz-Parameterwert ein mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herstellbarer Extremwert für den Parameter, insbesondere ein mittels der generativen Schichtbauvorrichtung prozessstabil herstellbarer Extremwert für den Parameter, ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem für einen Vergleich von mindestens einem Parameterwert in dem computerbasierten Modell vorgegebene Grenz-Parameterwerte mindestens einen der folgenden umfassen:
- eine minimale Wandstärke,
- einen minimalen Lochdurchmesser,
- eine minimale Sacklochbreite und/oder maximale Sacklochtiefe,
- eine minimale Lochbreite und/oder -tiefe, insbesondere eine minimale Langlochbreite und/oder -tiefe, - eine minimal durch die generative Schichtbauvorrichtung herstellbare Detailauflösung,
- einen minimalen Stufenversatz an schräg zu mehreren Schichten verlaufenden Oberflächen,
- eine maximale Wandstärke,
- einen von einem Nutzer vorgegebenen Nutzerparameter,
insbesondere in Abhängigkeit von zugrunde gelegten Daten zu einem für die Herstellung des Objekts vorgesehenen Material und/oder Befehlsparametern und/oder Wandstärken.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem für den Fall, dass das Ergebnis eines Vergleichs ist, dass ein Parameterwert jenseits eines zugehörigen Grenz-Parameterwerts liegt, au- tomatisch und/oder in Interaktion mit einem Benutzer, eine Anpassung dieses Parameterwerts durchgeführt wird,
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem bei der Anpassung des Parameterwerts, insbesondere bei der automatischen Anpassung desselben, letzterer im Wesentlichen auf den Grenz-Pa- rameterwert gesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem bei der Anpassung, insbesondere bei der automatischen Anpassung, der Parameterwert so abgeändert wird, dass eine mechanische Eigenschaft des hergestellten Objekts in einer vorgegebenen Richtung abgeändert wird, bevorzugt der Para- meterwert so abgeändert wird, dass das Gewicht des hergestellten Objekts verringert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem bei der Anpassung, insbesondere bei der automatischen Anpassung, der Parameterwert so abgeändert wird, dass die Steifigkeit und/oder die Zugfestigkeit und/oder die Bruchdehnung bei Zugbeanspruchung und/oder die Querkontraktions- zahl und/oder das Torsionsverhalten und/oder das Ermüdungsverhalten des hergestellten Objekts berücksichtigt und/oder abgeändert, insbesondere optimiert, werden,
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, bei dem bei der Anpassung, insbesondere bei der automatischen Anpassung, die Änderung des Parameterwerts auf der Basis einer Finite- Elemente-Simulation der mechanischen Eigenschaft des herzustellenden Objekts festgelegt wird.
1 1. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem, wenn es sich bei der Herstellung des Objekts mittels der generativen Schichtbauvorrichtung um ein erstes Herstellungsverfahren handelt, der Grenz-Parameterwert ein mittels eines zweiten, anderen Herstellungsverfahrens als dem ersten Herstellungsverfahren herstellbarer Extremwert für den Para- meter ist und/oder ein in einem dem ersten Herstellungsverfahren nachgelagerten Verfahren bearbeitbarer Extremwert für den Parameter ist.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem vorgegebene Grenz-Pa- rameterwerte mindestens einen der folgenden umfassen:
- eine minimale Wandstärke,
- einen minimalen Lochdurchmesser,
- eine minimale Sacklochbreite und/oder maximale Sacklochtiefe,
- eine minimale Lochbreite und/oder -tiefe, insbesondere eine minimale Langlochbreite und/oder -tiefe,
- eine minimal durch die im nachgelagerten Verfahren verwendete Vorrichtung bearbeitbare Detailauflösung und/oder eine für das zweite Fertigungsverfahren vorgesehenen Bauvorrichtung herstellbare Detailauflösung,
- einen minimalen Stufenversatz an schräg zu mehreren Schichten verlaufenden Oberflächen,
- eine maximale Wandstärke,
- einen von einem Nutzer vorgegebenen Nutzerparameter,
insbesondere in Abhängigkeit von zugrunde gelegten Daten zu einem für das erste und/oder zweite Herstellungsverfahren vorgesehenen Material und/oder Befehlsparametern und/oder Wandstärken.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Grenz-Parameterwert einen Minimalwert für eine Abmessung umfasst, die durch ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche des Objekts, insbesondere nach dessen Herstellung, abänderbar ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem es sich bei dem Grenz-Parameterwert um einen Minimalwert für eine Abmessung handelt, die durch ein Verfahren zum Reinigen der Oberfläche des Objekts nach dessen Herstellung abänderbar ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem es sich bei dem Grenz-Parameterwert um einen Minimalwert für eine Abmessung handelt, die durch ein Verfahren zum Strahlen der Oberfläche des Objekts nach dessen Herstellung abänderbar ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Strahlbarkeit der Oberfläche des herzustellenden Objekts dadurch abgeprüft wird, dass für mindestens einen Abschnitt der Oberfläche geprüft wird, ob es innerhalb eines Winkelbereichs, der eine Richtung einer Normalen zu der Oberfläche beinhaltet, insbesondere in einer Richtung der Normalen, von dem mindestens einen Abschnitt der Oberfläche beabstandet einen weiteren Oberflächenabschnitt des Objekts gibt und falls dies der Fall ist, der Abstand zwischen dem mindestens einen Abschnitt der
Oberfläche und dem weiteren Oberflächenabsclinitt, insbesondere der Abstand in Richtung der Normalen mit dem Grenz-Parameterwert verglichen wird.
17. Generatives Schichtbauverfahren zur Herstellung mindestens eines dreidimensionalen Objekts (3) mittels schichtweiser Verfestigung eines pulverförmigen oder flüssigen Aufbaumaterials in einer generativen Schichtbauvorrichtung mit
einer Bauunterlage (2) zum Tragen des mindestens einen herzustellenden Objektes, einer Auftragsvorrichtung (12) zum Aufbringen einer Schicht des pulverförmigen oder flüssigen Aufbaumaterials auf die Bauunterlage (2) oder eine bereits zuvor aufgetragene und selektiv verfestigte Schicht des Aufbaumaterials,
einer selektiven Verfestigungsvorrichtung (6, 8, 9), die in der Lage ist, auf alle Stellen in der aufgebrachten Schicht, die einem Querschnitt des mindestens einen herzustellenden Objektes entsprechen, dergestalt einzuwirken, dass das Aufbaumaterial sich an diesen Stellen zu einem Festkörper verbindet, und
einer Steuereinheit (10), welche die Auftragsvorrichtung (12) und die selektive Verfestigungsvorrichtung (6, 8, 9) so steuert, dass das Objekt (3) durch aufeinanderfolgende selektive Verfestigung von Schichten des Aufbaumaterials hergestellt wird,
wobei zur Steuerung des Schichtbauverfahrens ein mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergegangen Ansprüche geprüfter Eingangsdatensatz verwendet wird.
18. Prüfvorrichtung zur Prüfung eines Eingangsdatensatzes einer generativen Schichtbauvorrichtung aufweisend: - eine Vergleichseinheit (103), welche im Betrieb mindestens einen Parameterwert in einem computerbasierten Modell eines mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herzustellenden Objekts (3) mit einem Grenz-Parameterwert vergleicht, der ein in einem bei der Herstellung des Objekts angewendeten Verfahren realisierbarer Extremwert für den Parameter, ins- besondere ein prozessstabil realisierbarer Extremwert für den Parameter ist,
- optional eine Speichereinheit (103b), in der ein computerbasiertes Modell eines mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herzustellenden Objekts (3) hinterlegt ist,
- optional eine Speichereinheit (103a), in der mindestens ein Grenz-Parameterwert hinterlegt ist, der ein in einem bei der Herstellung des Objekts angewendeten Verfahren realisierbarer Extremwert für den Parameter, insbesondere ein prozessstabil realisierbarer Extremwert für den Parameter, ist.
19. Prüfvorrichtung nach Anspruch 18, bei der der Grenz-Parameterwert ein mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herstellbarer Extremwert für den Parameter, insbesondere ein mittels der generativen Schichtbauvorrichtung prozessstabil herstellbarer Extremwert für den Parameter, ist.
20. Prüfvorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, bei der, wenn es sich bei der Herstellung des Objekts mittels der generativen Schichtbauvorrichtung um ein erstes Herstellungsver- fahren handelt, der Grenz-Parameterwert ein mittels eines zweiten, anderen Herstellungsverfahrens als dem ersten Herstellungsverfahren herstellbarer Extremwert für den Parameter ist und/oder ein in einem dem ersten Herstellungsverfahren nachgelagerten Verfahren bearbeitbarer Extremwert für den Parameter ist.
21. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, weiter aufweisend eine Eingabevorrichtung zur Manipulation des computerbasierten Modells durch einen Nutzer.
22. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei der das computerbasierte Modell eines mittels der generativen Schichtbauvorrichtung herzustellenden Objekts(3) und die Grenzwerte in ein und derselben Speichervorrichtung hinterlegt sind.
23. Generative Schichtbauvorrichtung zur Herstellung mindestens eines dreidimensionalen Objekts mittels schichtweiser Verfestigung eines pul verförmigen oder flüssigen Aufbaumateri- als mit
einer Bauunterlage (2) zum Tragen des mindestens einen herzustellenden Objektes (3), einer Auftragsvorrichtung (12) zum Aufbringen einer Schicht des pulverförmigen oder flüssigen Aufbaumaterials auf die Bauunterlage (2) oder eine bereits zuvor aufgetragene und selektiv verfestigte Schicht des Aufbaumaterials,
einer selektiven Verfestigungsvorrichtung (6, 8, 9), die in der Lage ist, auf alle Stellen in der aufgebrachten Schicht, die einem Querschnitt des mindestens einen herzustellenden Ob- jektes (3) entsprechen, dergestalt einzuwirken, dass das Aufbaumaterial sich an diesen Stellen zu einem Festkörper verbindet, und
einer Steuereinheit (10), welche die Auftragsvorrichtung (12) und die selektive Verfestigungsvorrichtung (6, 8, 9) so steuert, dass das Objekt durch aufeinanderfolgende selektive Verfestigung von Schichten des Aufbaumaterials hergestellt wird,
wobei die generative Schichtbauvorrichtung eine Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22 aufweist und/oder mit einer solchen Prüfvorrichtung signaltechnisch verbunden ist.
24. Computerprogramm, das eine Abfolge von Befehlen umfasst, durch welche ein Verfah- ren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm mittels eines Datenprozessors ausgeführt wird.
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