WO2012136615A1 - Verfahren zum selektiven laserschmelzen und anlage zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zum selektiven laserschmelzen und anlage zur durchführung dieses verfahrens Download PDF

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WO2012136615A1
WO2012136615A1 PCT/EP2012/055941 EP2012055941W WO2012136615A1 WO 2012136615 A1 WO2012136615 A1 WO 2012136615A1 EP 2012055941 W EP2012055941 W EP 2012055941W WO 2012136615 A1 WO2012136615 A1 WO 2012136615A1
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WO
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laser
component
produced
optical element
intensity profile
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PCT/EP2012/055941
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Yves KÜSTERS
Friedrich Lupp
Olaf Rehme
Martin Schäfer
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a component by selective laser melting, in which a laser beam is directed onto the region of the component being produced and where local particles of the component material are melted there.
  • the invention relates to a selective laser melting plant which has a construction platform for a workpiece to be produced and a laser which can be aimed at the building platform.
  • a method of the type described above and a suitable for carrying out this process system are generally known in ⁇ example from US 7,601,422 B2.
  • the plant has a construction platform that can be charged with a powder of the component material in layers.
  • Laser is directed via a mirror onto each formed Pul ⁇ verober Design where the particles of the powder can be melted locally.
  • Data on the geometry of the component to be produced are processed in the system, so that this layer is deposited in layers on the construction platform in the powder bed .
  • the scientistngü ⁇ te can be influenced by adjusting the parameters of the laser, but inherently not fully aligned ⁇ be.
  • the object of the invention is a method for producing a component by selective laser melting or a plant suitable for the specified laser melting specify, with which the surface quality of the manufactured component can be improved compared to conventional methods.
  • the laser beam is shaped, in particular widened, by an optical element in such a way that, in at least one direction transversely to the
  • the beam propagation direction results in a homogenization of the intensity profile of the laser light in the region of the component being produced, ie, a so-called "top hat profile.”
  • the intensity profile of a laser beam has an intensity distribution per se can be described by a bell-shaped profile (Gaussian distribution). This means that the intensity maximum located in the center of the laser beam and the intensity towards the edges of the laser beam decreases towards. in this way during the melting of the powder bed a temperature maximum in the middle of La ⁇ serspots on the surface of the powder bed achieved, wherein the temperature decreases towards the edge and is not sufficient for melting the particles at the edge.
  • the current component to be manufactured cross-section at the surface of the powder bed problems are particularly at the edge of he ⁇ testifies.
  • the laser spot must viz I dwell on the edge of the cross-section until the edge particles of the component to be produced have been melted.
  • the process is difficult to control in particular ⁇ sondere on the edge of the section, and the risk that this way the surface quality of construction ⁇ partly deteriorated, is great.
  • the invention sets in by a homogenization of the intensity profile is pre-call forth ⁇ by the shaping of the laser beam. This can in particular by known
  • Beam shaping elements take place, ie that the maximum of the light intensity is distributed by the shaping on a larger surface area of the laser spot with simultaneous reduction of the intensity maximum. Within this range, evenly intense energy states is advantageously then went into the powder bed effected, whereby unwanted tempera ⁇ turspitzen in the melt can be advantageously avoided.
  • the beam shaping is designed so that the size and shape of the area can be changed during processing.
  • a reduction in the process speed can be achieved without the flexibility in terms.
  • smaller structures can be produced by a top-hat profile as with a bell-shaped intensity distribution.
  • the component produced has surface portions which contain several of the individually produced component layers.
  • the surface quality can be particularly improved by that the steps inevitably fig occur are formed regularly by the inventive method guide so that here the optimum surface quality is achieved (while remaining a certain Stu ⁇ stiffness of the surface).
  • Withthermantei ⁇ len of the component which are exactly perpendicular to the beam direction of the laser beam, can also achieve an improvement in the surface quality. This is possible because the homogenization of the intensity profile of the laser spot on the powder bed results in an overlap of the cross-sectional area of the component to be produced by the laser on the laser spot worn tracks can turn out less and thereby, for example, a multiple melting of the surface un ⁇ terbunden.
  • An additional advantage of the process control according to the invention also arises from the fact that the expansion of the introduced radiation energy to a largerêtnab ⁇ section of the laser spot also reduces the formation of residual stresses in the component. This makes finishing the part to break down voltages (for example, heat treatments ⁇ ) are advantageously shortened or in the production process even be omitted.
  • the laser beam is formed by a diffractive optical element which generates the equalization of the intensity profile over a defined treatment area in the region to be generated.
  • Diffractive optical elements referred to as "Refractive Beam Shapers” are known and are offered for example by the company Newport. Diffractive optical elements have the advantage in their use that set ⁇ over a defined surface, a substantially uniform intensity profile can . This can face different shapes, such as square or round surfaces, are produced. According to a particular embodiment of the invention, it is z. B. possible that a treatment area is provided which is approximately rectangular, in particular quadra ⁇ table.
  • the cross-sectional area having straight Kan ⁇ ten and in particular right-angled corners.
  • e is in the Edge region of the cross section to produce a uniform energy input, whereby the quality of the resulting component can be advantageously further improved.
  • the use of a rectangular treatment area means that these can be inserted down to the corner, and thus a uniform energy input in the area of the corner can be ensured.
  • the treatment area near ⁇ approximately oval, especially around is.
  • ⁇ surfaces of the component can in particular be produced that have a curved outer contour.
  • the laser can then be guided along the curved outer contour and tangentially always touch the outer contour, regardless of which angular position the subregion to be generated has the outer contour in the plane of the powder bed.
  • a particularly preferred disclosed embodiment of the method according to Invention ⁇ obtained when to switch between a rectangular, in particular square and an oval, in particular circular treatment area, depending on the shape of the cross-sectional area to be formed. This is possible if different refractive optical elements can be used, so they can be replaced. Depending on which contour areas are to be made straight, the more appropriate surface treatment is then ⁇ selected. , If the intensity of the Laserlich ⁇ tes deviates within the treatment area of a predetermined set value by less than 10%, preferably less than 5%, from ⁇ is advantageous. This results in the said area advantageously a very uniform distribution of energy input.
  • the object is further achieved by arranging an optical system which forms the intensity profile of the laser light in the beam path of the laser, the intensity profile produced being in the region of the component to be produced on the construction platform. This can ensure that, in the area where the construction ⁇ part to be produced above the build platform in layers, the aforementioned surface treatment can be generated. In this case, the already mentioned advantages can be achieved.
  • the optics be ⁇ leads as a diffractive optical element.
  • the diffractive optical element to make a beam widening into a rectangular, in particular square, treatment surface.
  • a beam widening into an oval, in particular round, treatment surface is also possible.
  • the advantages of these types of treatment surfaces in the production of different component cross sections has already been explained.
  • a preferred embodiment of the system according to the invention is obtained if the beam path of the laser can optionally be guided by one of a plurality of diffractive optical elements, wherein a treatment surface with a different geometry can be selected by each diffractive optical element.
  • Such a system may for example be because ⁇ realized by that a type of bayonet or revolver is provided with different diffractive optics below the laser, which can be brought in each case into the beam path of the laser.
  • the diffractive optics can creating then, optionally, for example, a square ⁇ treatment surface, a round surface treatment or other treatmen ⁇ lung surfaces.
  • a preferred disclosed embodiment of the system according to the invention is obtained if further optical components are provided in addition to the diffractive optics, with which the size of the working surface can be adjusted insbeson ⁇ particular in combination with the possibility of automatic Kruung of different diffractive optics in the beam path ,
  • Figure 1 shows the essential elements of an embodiment ⁇ example of the system according to the invention for laser melting
  • FIG. 1 A system for selective laser melting according to FIG. 1 is shown only in its essential components for the invention.
  • a container 11 in which a powder bed 12 can be stored from particles.
  • the container has as a floor to a construction platform 13, which can be raised and lowered in the direction of a given double arrow 14 by a not presented Darge ⁇ drive.
  • a member 15 in layers can be Herge ⁇ represents by a laser 16 generates a laser beam 17th
  • This is passed through an optical system 18, which has a refractive optical element in a manner not shown.
  • the optic 18 is part of a bayonet 20 in which an optic 21 and an optic 22 are housed. With the help of the bayonet can be replaced with a drive, not shown, the different lenses 18, 21, 22. Each optic produces a beam expander having a different characteristic so that it can be adapted to the application of the component to be produced refreshes ⁇ ell 15th
  • the laser 16 and the optics 18 (or 21, 22) can be moved in the direction of the indicated double arrow and perpendicular to the drawing ⁇ plane to sweep the entire surface of the powder bed 12, depending on how the geometry of herzu ⁇ mitden Component 15 is formed.
  • FIG. 2 shows a method for producing a right-angled component 15.
  • the surface 19 of the powder coating is shown in section. Furthermore, erken ⁇ nen to that of the laser beam was expanded 17 to a rectangular treatment area 24, wherein a diffractive op ⁇ table element is used, which generates a substantially uniform intensity profile across the treatmen ⁇ averaging area 24 which is indicated by a flat plateau ,
  • the surface 24 In ⁇ tensticiansprofil of the laser beam is shown in front of the passage through the diffractive optical element. It shows a bell-shaped expression of the intensity profile 25 of the La serstrahls, as this is characteristic of laser beams. This has a pronounced maximum 26 and then drops rapidly to much lower intensity levels to the outside.
  • the dot-dashed round base surface 27 indicates that this intensity profile 25 of the laser beam is formed rotati ⁇ onssymmetrisch.
  • the situation is different with the intensity profile produced by the refractive optics, which provides the treatment surface 24. This has a square floor plan.
  • the square outline of the treatment surface 24 leads to a movement pattern of the laser 17, which is indicated by the arrow 28.
  • the dotted lines on the surface 19 indicate in which grid the treatment surface 24 can be guided over the surface.
  • FIG. 3 the production of another component 15 is indicated. It becomes clear that this component has different regions, wherein the lower part 29 can advantageously be produced by a method designed according to FIG.
  • a refractive optics is used, which has an intensity profile with a largely constant intensity within the treatment area.
  • the construction ⁇ part 15, according to Figure 3 with a plant according to Figure 1 Herge ⁇ provides be in which a turret 20 having a plurality of lenses 21, 22, 18 is provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem ein Bauteil (15) durch selektives Laserschmelzen mittels eines Lasers (17) hergestellt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage, mit der ein solches Verfahren durchgeführt werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Intensitätsprofil (24) des Laserstrahls (17) insbesondere durch einen diffraktives optisches Element weitgehend konstant eingestellt wird, so dass die durch dieses Profil entstandene Behandlungsfläche auf der Oberfläche (19) des Bauteils (15) gleichmäßig aufgeschmolzen wird. Thermische Belastungsspitzen, wie sie durch ein Intensitätsmaximum (26) eines nicht geformten Lasers entstehen, können daher vorteilhaft vermieden werden. Außerdem kann die Behandlungsfläche beispielsweise quadratisch ausgeformt werden, so dass bei rechtwinkeligen Bauteilen (15) die Herstellung der Ecken des herzustellenden Querschnitts vereinfacht wird. Insgesamt lassen sich hierdurch Bauteile mit einer verbesserten Oberflächengüte herstellen. Die erfindungsgemäße Anlage zum selektiven Laserschmelzen ist mit einer geeigneten Optik zur Erzeugung des beschriebenen Intensitätsprofils ausgestattet.

Description

Beschreibung
Verfahren zum selektiven Laserschmelzen und Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Bauteils durch selektives Laserschmelzen, bei dem ein Laserstrahl auf den gerade zu erzeugenden Bereich des in Herstellung befindlichen Bauteils gerichtet wird und dort lokal Par- tikel des Bauteilwerkstoffs aufgeschmolzen werden. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage zum selektiven Laserschmelzen, die eine Bauplattform für ein zu erzeugendes Werkstück aufweist und einen Laser, der sich auf die Bauplattform richten lässt.
Ein Verfahren der eingangs angegebenen Art sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Anlage sind bei¬ spielsweise aus der US 7,601,422 B2 allgemein bekannt. Die Anlage weist eine Bauplattform auf, die mit einem Pulver des Bauteilwerkstoffes schichtweise beschickt werden kann. Ein
Laser wird über einen Spiegel auf die jeweils gebildete Pul¬ veroberfläche gerichtet, wo die Partikel des Pulvers lokal aufgeschmolzen werden können. In der Anlage werden Daten zur Geometrie des herzustellenden Bauteils verarbeitet, so dass dieses lagenweise im Pulverbett auf der Bauplattform ent¬ steht. Durch die Abtastung der Oberfläche des Pulverbettes mit dem Laserstrahl entsteht prinzipbedingt bei dem Bauteil eine rasterartige bzw. stufige Oberfläche. Die Oberflächengü¬ te kann durch Einstellung der Parameter des Lasers beein- flusst werden, jedoch prinzipbedingt nicht vollständig ausge¬ glichen werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Erzeugen eines Bauteils durch selektives Laserschmelzen bzw. eine Anlage, geeignet zum angegebenen Laserschmelzen, anzugeben, mit der sich die Oberflächengüte des hergestellten Bauteils im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren verbessern lässt .
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren er¬ findungsgemäß dadurch gelöst, dass der Laserstrahl durch ein optisches Element derart geformt, insbesondere aufgeweitet wird, dass sich in zumindest einer Richtung quer zur
Strahlpropagationsrichtung eine Vergleichmäßigung des Intensitätsprofils des Laserlichtes in dem gerade zu erzeugenden Bereich des in Herstellung befindlichen Bauteils ergibt, d.h. ein sogenanntes „Top-Hat-Profil" erzeugt wird. Hierzu ist zu bemerken, dass das Intensitätsprofil eines Laserstrahls an sich eine Intensitätsverteilung aufweist, die durch ein glockenförmiges Profil (Gaussche Verteilung) beschrieben werden kann. Dies bedeutet, dass das Intensitätsmaximum im Zentrum des Laserstrahls liegt und die Intensität zu den Rändern des Laserstrahls hin abnimmt. Hierdurch wird beim Aufschmelzen des Pulverbettes ein Temperaturmaximum in der Mitte des La¬ serspots auf der Oberfläche des Pulverbettes erreicht, wobei die Temperatur zum Rand hin abnimmt und am Rande nicht zum Aufschmelzen der Partikel ausreicht. Hierdurch werden insbesondere am Rande des aktuell herzustellenden Bauteilquerschnittes an der Oberfläche des Pulverbettes Probleme er¬ zeugt. Der Laserspot muss nämlich am Rande des Querschnitts so lange verweilen, bis die Randpartikel des herzustellenden Bauteils aufgeschmolzen wurden. In der Nähe des Randes, nämlich dort, wo sich das Intensitätsmaximum des Laserstrahls befindet, ist zu diesem Zeitpunkt aber bereits ein zu hohes Maß an Energie zugeführt worden. Daher ist der Prozess insbe¬ sondere am Rande des Querschnitts schwer zu beherrschen, und die Gefahr, dass sich hierdurch die Oberflächengüte des Bau¬ teils verschlechtert, ist groß. Hier setzt die Erfindung an, indem durch die Formung des Laserstrahls eine Vergleichmäßigung des Intensitätsprofils her¬ vorgerufen wird. Diese kann insbesondere durch bekannte
Strahlformungselemente erfolgen, d. h. dass sich das Maximum der Lichtintensität durch die Formung auf einen größeren Flächenbereich des Laserspots verteilt bei gleichzeitiger Verringerung des Intensitätsmaximums. Innerhalb dieses Bereiches wird vorteilhaft dann eine gleichmäßig intensive Energiezu- fuhr in das Pulverbett bewirkt, wodurch ungewollte Tempera¬ turspitzen im Schmelzbad vorteilhaft vermieden werden können.
Vorteilhaft wird die Strahlformung so ausgelegt, dass die Größe und Form des Bereiches während der Bearbeitung verän- derbar ist. Somit kann eine Verkürzung der Prozessgeschwindigkeit erreicht werden ohne die Flexibilität bzgl. der mög¬ lichen Strukturgrößen zu verlieren. Insbesondere können durch ein Top-Hat-Profil auch kleinere Strukturen erzeugt werden wie mit einer glockenförmigen Intensitätsverteilung.
Zu bemerken ist, dass das erzeugte Bauteil Flächenanteile hat, die mehrere der einzeln erzeugten Bauteilschichten enthalten. In diesen Flächenbereichen lässt sich die Oberflächengüte insbesondere dadurch verbessern, dass die zwangsläu- fig auftretenden Stufen durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung regelmäßiger ausgebildet werden, so dass hier das Optimum der Oberflächengüte (bei Verbleib einer gewissen Stu¬ figkeit der Oberfläche) erreicht wird. Bei Oberflächenantei¬ len des Bauteils, die genau senkrecht zur Strahlrichtung des Laserstrahls liegen, lässt sich ebenfalls eine Verbesserung der Oberflächengüte erreichen. Dies ist dadurch möglich, dass durch die Vergleichmäßigung des Intensitätsprofils des Laserspots auf dem Pulverbett eine Überschneidung der durch den Laser auf der herzustellenden Querschnittsfläche des Bauteils abgefahrenen Bahnen geringer ausfallen kann und hierdurch beispielsweise ein mehrfaches Aufschmelzen der Oberfläche un¬ terbunden wird.
Ein zusätzlicher Vorteil bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung entsteht auch dadurch, dass die Aufweitung der eingebrachten Strahlungsenergie auf einen größeren Flächenab¬ schnitt des Laserspots auch die Ausbildung von Eigenspannungen im Bauteil verringert. Hierdurch können Nachbehandlungen des Bauteils zum Abbau von Spannungen (beispielsweise Wärme¬ behandlungen) vorteilhaft abgekürzt werden oder im Produkti- onsprozess sogar ganz entfallen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laserstrahl durch ein diffraktives optisches Element geformt wird, welches über eine definierte Be¬ handlungsfläche in dem zu erzeugenden Bereich die Vergleichmäßigung des Intensitätsprofils erzeugt. Diffraktive optische Elemente, auch als „Refractive Beam Shapers" bezeichnet, sind an sich bekannt und werden beispielsweise durch die Firma Newport angeboten. Diffraktive optische Elemente haben bei ihrem Einsatz den Vorteil, dass sich über eine definierte Fläche ein weitgehend gleichmäßiges Intensitätsprofil ein¬ stellen lässt. Hierbei können flächenunterschiedliche Formen, wie beispielsweise quadratische oder runde Flächen, erzeugt werden. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist es z. B. möglich, dass eine Behandlungsfläche geschaffen wird, die näherungsweise rechteckig, insbesondere quadra¬ tisch, ist. Hierdurch lassen sich vorteilhaft insbesondere Bauteile gut herstellen, deren Querschnittsfläche gerade Kan¬ ten und insbesondere auch rechtwinklige Ecken aufweisen. Vor¬ teilhaft kann der aufgeweitete Laser mit einer der Seitenkanten der Behandlungsfläche direkt am Rand der herzustellenden Querschnittsfläche entlanggeführt werden. Hierbei entsteht im Randbereich des herzustellenden Querschnitts ein gleichmäßiger Energieeintrag, wodurch die Qualität des entstehenden Bauteils vorteilhaft weiter verbessert werden kann. Insbeson¬ dere in der Ecke des Querschnitts führt die Verwendung einer rechtwinkligen Behandlungsfläche dazu, dass diese bis in die Ecke hineingefahren werden kann und damit ein gleichmäßiger Energieeintrag im Bereich der Ecke gewährleistet werden kann.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Behandlungsfläche nähe¬ rungsweise oval, insbesondere rund, ist. Mit einer Behand¬ lungsfläche dieser Gestalt können insbesondere Querschnitts¬ flächen des herzustellenden Bauteils erzeugt werden, die eine gekrümmte Außenkontur haben. Der Laser kann dann entlang der gekrümmten Außenkontur geführt werden und dabei tangential immer die Außenkontur berühren, unabhängig davon, welche Winkelstellung der zu erzeugende Teilbereich der Außenkontur in der Ebene des Pulverbettes gerade aufweist.
Eine besonders bevorzugte Aus führungs form für das erfindungs¬ gemäße Verfahren wird erhalten, wenn je nach Gestalt der auszubildenden Querschnittsfläche zwischen einer rechteckigen, insbesondere quadratischen und einer ovalen, insbesondere runden Behandlungsfläche gewechselt werden kann. Dies ist möglich, wenn unterschiedliche refraktive optische Elemente zum Einsatz kommen können, also diese ausgewechselt werden können. Je nach dem, welche Konturbereiche gerade zu fertigen sind, wird dann die besser geeignete Behandlungsfläche ausge¬ wählt. Vorteilhaft ist es, wenn die Intensität des Laserlich¬ tes innerhalb der Behandlungsfläche von einem vorgegebenen Sollwert um weniger als 10 %, bevorzugt weniger als 5 %, ab¬ weicht. Hierbei entsteht in dem besagten Bereich vorteilhaft eine sehr gleichmäßige Verteilung des Energieeintrags. Mit der eingangs angegebenen Anlage wird die Aufgabe weiter¬ hin dadurch gelöst, dass im Strahlengang des Lasers eine das Intensitätsprofil des Laserlichtes formende Optik angeordnet ist, wobei das erzeugte Intensitätsprofil im Bereich des auf der Bauplattform zu erzeugenden Bauteils liegt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass in dem Bereich, wo das Bau¬ teil oberhalb der Bauplattform lagenweise hergestellt werden soll, die bereits erwähnte Behandlungsfläche erzeugt werden kann. Hierbei lassen sich die bereits erwähnten Vorteile er- reichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Anlage wird vorgesehen, dass die Optik als diffraktives optisches Element ausge¬ führt ist. Hierdurch lassen sich vergleichsweise konstante Lichtintensitäten auf Behandlungsflächen beliebiger geometrischer Formen erzeugen. Insbesondere ist es möglich, dass das diffraktive optische Element eine Strahlaufweitung in eine rechteckige, insbesondere quadratische, Behandlungsfläche vornimmt. Auch eine Strahlaufweitung in eine ovale, insbeson- dere runde, Behandlungsfläche ist möglich. Die Vorteile die¬ ser Arten von Behandlungsflächen bei der Herstellung von unterschiedlichen Bauteilquerschnitten ist bereits erläutert worden . Eine bevorzugte Aus führungs form der erfindungsgemäßen Anlage wird erhalten, wenn der Strahlengang des Lasers wahlweise durch eines von mehreren diffraktiven optischen Elementen geführt werden kann, wobei durch jedes diffraktive optische Element eine Behandlungsfläche mit einer anderen Geometrie auswählbar ist. Eine solche Anlage kann beispielsweise da¬ durch realisiert werden, dass unterhalb des Lasers eine Art Bajonett oder Revolver mit unterschiedlichen diffraktiven Optiken vorgesehen wird, die sich jeweils in den Strahlengang des Lasers bringen lassen. Die diffraktiven Optiken können dann wahlweise beispielsweise eine quadratische Behandlungs¬ fläche, eine runde Behandlungsfläche oder auch andere Behand¬ lungsflächen schaffen.
Eine bevorzugte Aus führungs form der erfindungsgemäßen Anlage wird erhalten, wenn zusätzlich zu der diffraktiven Optik weitere optische Komponenten vorgesehen werden, mit der die Größe der Bearbeitungsfläche eingestellt werden kann, insbeson¬ dere in Kombination mit der Möglichkeit einer automatischen Wechselung von verschiedenen diffraktiven Optiken im Strahlengang .
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:
Figur 1 die wesentlichen Elemente eines Ausführungs¬ beispiels der erfindungsgemäßen Anlage zum Laserschmelzen und
Figur 2 und 3 Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße
Verfahren .
Eine Anlage zum selektiven Laserschmelzen gemäß Figur 1 ist nur in ihren für die Erfindung wesentlichen Bestandteilen dargestellt. Zu erkennen ist ein Behälter 11, in dem ein Pulverbett 12 aus Partikeln bevorratet werden kann. Der Behälter weist als Boden eine Bauplattform 13 auf, welcher in Richtung eines angegebenen Doppelpfeils 14 durch einen nicht darge¬ stellten Antrieb gehoben und abgesenkt werden kann. In dem Pulverbett 12 kann ein Bauteil 15 lagenweise herge¬ stellt werden, indem ein Laser 16 einen Laserstrahl 17 erzeugt. Dieser wird durch eine Optik 18 geleitet, die in nicht näher dargestellter Weise ein refraktives optisches Element aufweist. Wie zu erkennen ist, wird durch die Optik der La¬ serstrahl aufgeweitet. Dieser führt an der Oberfläche 19 des Pulverbettes zum Aufschmelzen der Partikel, wodurch das Bau¬ teil 15 lagenweise gebildet wird.
Die Optik 18 ist Teil eines Bajonetts 20, in dem auch eine Optik 21 und eine Optik 22 untergebracht sind. Mit Hilfe des Bajonetts können mit einem nicht dargestellten Antrieb die unterschiedlichen Optiken 18, 21, 22 ausgewechselt werden. Jede Optik erzeugt eine Strahlaufweitung mit einer anderen Charakteristik, so dass diese an den Anwendungsfall des aktu¬ ell herzustellenden Bauteils 15 angepasst werden kann. Der Laser 16 und die Optik 18 (bzw. 21, 22) können in Richtung des angedeuteten Doppelpfeils und senkrecht zur Zeichnungs¬ ebene bewegt werden, um die ganze Fläche des Pulverbettes 12 zu überstreichen, je nach dem, wie die Geometrie des herzu¬ stellenden Bauteils 15 ausgebildet ist.
In Figur 2 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines rechtwinkligen Bauteils 15 dargestellt. Die Oberfläche 19 des Pulverbet- tes ist ausschnitthaft dargestellt. Weiterhin ist zu erken¬ nen, dass der Laserstrahl 17 zu einer rechteckigen Behandlungsfläche 24 aufgeweitet wurde, wobei ein diffraktives op¬ tisches Element zum Einsatz kommt, welches über die Behand¬ lungsfläche 24 ein weitgehend gleichmäßiges Intensitätsprofil erzeugt, welches durch ein flaches Plateau angedeutet ist. Zum Vergleich ist oberhalb der Behandlungsfläche 24 das In¬ tensitätsprofil des Laserstrahls vor den Durchtritt durch das diffraktive optische Element dargestellt. Es zeigt sich eine glockenförmige Ausprägung des Intensitätsprofils 25 des La- serstrahls, wie dieses für Laserstrahlen charakteristisch ist. Dieses hat ein stark ausgeprägtes Maximum 26 und fällt dann schnell zu wesentlich geringeren Intensitätswerten nach außen ab. Die strichpunktierte runde Grundfläche 27 deutet an, dass dieses Intensitätsprofil 25 des Laserstrahls rotati¬ onssymmetrisch ausgebildet ist. Anders verhält es sich bei dem durch die refraktive Optik hergestellten Intensitätspro¬ fil, welches die Behandlungsfläche 24 zur Verfügung stellt. Dieses hat einen quadratischen Grundriss.
Der quadratische Grundriss der Behandlungsfläche 24 führt zu einem Bewegungsmuster des Lasers 17, welcher durch den Pfeil 28 angedeutet ist. Die strichpunktierten Linien auf der Oberfläche 19 deuten an, in welchem Raster die Behandlungsfläche 24 über die Oberfläche geführt werden kann.
In Figur 3 ist die Herstellung eines anderen Bauteils 15 angedeutet. Es wird deutlich, dass dieses Bauteil verschiedene Regionen aufweist, wobei der untere Teil 29 vorteilhaft nach einem gemäß Figur 2 ausgebildeten Verfahren hergestellt werden kann. Der Teil 30, der zylindrisch ist, weist eine Querschnittsfläche ohne Ecken auf, so dass diese in der Oberflä¬ che 19 des Pulverbettes vorteilhaft mit einer runden Behand¬ lungsfläche 31 hergestellt werden kann. Auch hier kommt eine refraktive Optik zum Einsatz, die ein Intensitätsprofil mit einer weitgehenden konstanten Intensität innerhalb der Behandlungsfläche aufweist. Besonders vorteilhaft kann das Bau¬ teil 15 gemäß Figur 3 mit einer Anlage gemäß Figur 1 herge¬ stellt werden, in der ein Revolver 20 mit mehreren Optiken 21, 22, 18 vorgesehen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen eines Bauteils (15) durch selektives Laserschmelzen, bei dem ein Laserstrahl (17) auf den ge- rade zu erzeugenden Bereich des in Herstellung befindlichen Bauteils (15) gerichtet wird und dort lokal Partikel (12) des Bauteilwerkstoffes aufgeschmolzen werden,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Laserstrahl (17) durch ein optisches Element derart geformt, insbesondere aufgeweitet wird, dass sich in zumin¬ dest einer Richtung quer zur Strahlpropagationsrichtung eine Vergleichmäßigung des Intensitätsprofils das Laserlichtes in dem gerade zu erzeugenden Bereich des in Herstellung befindlichen Bauteils ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Laserstrahl durch ein diffraktives optisches Element +15 geleitet wird, welches über eine definierte Behandlungs- fläche (24, 31) in dem zu erzeugenden Bereich die Vergleichmäßigung des Intensitätsprofils erzeugt.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e h n e t ,
dass die Behandlungsfläche (24, näherungsweise recht eckig, insbesondere quadratisch
4. Verfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Behandlungsfläche (24, 31) näherungsweise oval, ins¬ besondere rund ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen einer rechteckigen, insbesondere quadratischen und einer ovalen, insbesondere runden Behandlungsfläche (24, 31) gewechselt werden kann.
6. Verfahren nach einer der Ansprüche 2 bis 5, dass die Größe der Bearbeitungsfläche (24,31) durch weitere optische Kompo¬ nenten im Strahlengang variabel eingestellt werden kann.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Intensität des Laserlichtes innerhalb der Behand¬ lungsfläche (24, 31) von einem vorgegebenen Sollwert um weniger als 10 %, bevorzugt weniger als 5 % abweicht.
8. Anlage zum selektiven Laserschmelzen, aufweisend
• eine Bauplattform (13) für ein zu erzeugendes Werkstück,
• einen Laser (16), der sich auf die Bauplattform richten lässt ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass im Strahlengang des Lasers eine das Intensitätsprofil des Laserlichtes formende Optik (18) angeordnet ist, wobei das erzeugte Intensitätsprofil im Bereich des auf der Bau¬ plattform zu erzeugenden Bauteils liegt.
9. Anlage nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Optik (18) als diffraktives optisches Element ausge¬ führt ist.
10. Anlage nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das diffraktive optische Element eine Strahlformung in eine rechteckige, insbesondere quadratische Behandlungsfläche (24, 31) vornimmt.
11. Anlage nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Strahlengang des Lasers (16) wahlweise durch eines von mehreren diffraktiven optischen Elementen geführt werden kann, wobei durch jedes diffraktive optische Element eine Be- handlungsflache (24, 31) mit einer anderen Geometrie ausbild¬ bar ist.
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