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WO2024079040A1 - Verfahren und vorrichtung zur wärmebehandlung eines additiv gefertigten bauteils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur wärmebehandlung eines additiv gefertigten bauteils Download PDF

Info

Publication number
WO2024079040A1
WO2024079040A1 PCT/EP2023/077881 EP2023077881W WO2024079040A1 WO 2024079040 A1 WO2024079040 A1 WO 2024079040A1 EP 2023077881 W EP2023077881 W EP 2023077881W WO 2024079040 A1 WO2024079040 A1 WO 2024079040A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
scanning
laser
laser beam
calculation
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/077881
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Pascal Bogner
Christoph Heinze
Jeroen Risse
Philipp Wagenblast
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH & Co. KG, Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh filed Critical Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
Publication of WO2024079040A1 publication Critical patent/WO2024079040A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/364—Process control of energy beam parameters for post-heating, e.g. remelting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to a method for heat treatment of an additively manufactured component, a method for additively manufacturing a component, a corresponding device for heat treatment of an additively manufactured component, a corresponding computer program and a corresponding computer-readable medium.
  • TECHNICAL BACKGROUND A heat treatment following an additive application of layers for the production of components has, among other things, the purpose of locally influencing the structural properties by reducing residual stress in order to prevent cracking.
  • EP 3575 018 A1 describes a method for additively producing layers of a metallic component. The method comprises the repeated scanning of a laser beam to melt powder in order to form a plurality of layers of the component.
  • the method also comprises an additional heat treatment to reduce stress.
  • One possible form of heat treatment that is particularly advantageous for components additively manufactured with a laser is scanning the manufactured surface with a laser.
  • the laser used is preferably the same laser that was used to melt the material to produce the additively applied layer, or in the case of several lasers, the same laser.
  • the present invention is based on the object of specifying an improved method for a quasi-homogeneous heat treatment of additively manufactured layers of a component.
  • this object is achieved by a method for the heat treatment of an additively manufactured component with the features of patent claim 1, by a method for the additive production of a component with the features of patent claim 17, by a device for the heat treatment of an additively manufactured component with the features of patent claim 18, by a computer program according to patent claim 20 and/or by a computer-readable medium with the features of patent claim 21.
  • a method for heat treatment of an additively manufactured section of a component comprising the steps of: calculating parameters relating to irradiation of a surface of the component with at least one laser beam for heat treatment of the additively manufactured section of the component, wherein the parameters are calculated in such a way as to heat the additively manufactured section below the surface to a target temperature range, wherein an upper temperature limit of the target temperature range is below the melting temperature of the material used for the component; controlling at least one laser and a beam control device for periodically scanning the surface with the at least one laser beam according to the calculated laser beam power along the calculated scanning path.
  • a method for additive manufacturing of a component with the steps: providing a base plate, a laser and a beam control device for controlling the direction of a laser beam emitted by the laser for 3D printing; producing at least one additively applied layer on the base plate using the laser beam to melt applied powder material; post-heat treatment of the component according to the inventive method for heat treatment of an additively manufactured section of a component.
  • a device for the heat treatment of an additively manufactured component with a laser which is designed to generate a heat input when a surface of the component is irradiated with a laser beam emitted by the laser, with a beam control device connected to the laser and the beam control device for controlling the laser beam emitted by the laser on the surface of the component, with a control device which has at least one computer-readable memory and a processor, wherein the computer-readable memory contains data about a condition and a position of the component; wherein the processor is designed to calculate parameters relating to a periodic scanning of the surface with the at least one laser beam for the heat treatment of the component based on the data contained in the memory, wherein the parameters comprise at least a laser beam power and a scanning distance on the surface, wherein the processor is designed to periodically Scanning in such a way as to heat the additively manufactured section below the surface to a target temperature range, wherein an upper temperature limit of the target temperature range is below the melting temperature of the material used for the component.
  • Computer program comprising commands which cause the device according to the invention to carry out the method steps according to the invention.
  • the finding underlying the present invention is that a laser beam is already used for additive manufacturing and thus no additional components are required if subsequent heat treatment is carried out using the laser beam. High scanning speeds can also achieve a quasi-homogeneous heat treatment of the surface, which should prevent excessive internal stresses from occurring which could, for example, cause cracking.
  • the idea underlying the present invention is to heat the additively manufactured section, which represents a volume area below the surface typically with a thickness of about 1 mm, to a target temperature range by periodically and quickly scanning the surface, whereby the target temperature range is below the melting temperature of the material used for the component.
  • the periodic scanning is therefore calculated by the processor according to these conditions.
  • the first temperature can be a temperature above a ⁇ ' (gamma line) Precipitation temperature of the material used for the component, particularly in the case of nickel-based alloys, a temperature that influences the degree of hardness of the component, or a recrystallization temperature of the material used for the component.
  • Exceeding the first temperature is therefore advantageous for the heat treatment, as the microstructure can be influenced here.
  • exceeding the melting temperature should be avoided in order not to change the geometric shape of the surface or change the microstructure. This temperature control can therefore achieve more effective heat treatment.
  • a scan path is also calculated based on an optimization of the scan speed in order to achieve the fastest possible scanning of the entire surface.
  • the possible scan speed then results in a laser beam power suitable for the heat treatment, which can vary along the scan path.
  • the wavelength of the laser beam or laser is selected so that it is at least partially absorbed by the material of the component during irradiation, thus generating heat input into the material. Depending on the material, this can be selected from the entire spectrum of available lasers, for example from UV (eg 266 nm) to the far infrared (eg 10.6 ⁇ m).
  • the near infrared range eg 1030 to 1080 nm
  • inexpensive and powerful lasers eg Yb-based fiber lasers
  • the beam control device is typically a scanner with movable mirrors, typically galvano mirrors, and a focusing optics.
  • the focusing optics can comprise a lens system with spherical and/or aspherical lenses, for example an F-Theta lens, or can also be formed by concave mirrors.
  • the beam control device can also be a positionable head with focusing optics or a table instead of a scanner.
  • the beam is preferably directed defocused onto the surface in order to achieve a low intensity, so that local melting of the material is avoided.
  • the laser and the beam control device are controlled by the control device, which can be a computer, an FPGA, a one-chip computer or similar.
  • the data for the component is typically provided in a CAD format on a computer-readable memory, for example a hard disk or a solid-state drive (SSD) or other storage medium.
  • the control itself is carried out by a computer program which includes the calculated parameters and contains corresponding commands for controlling the laser and the beam control device.
  • the heat treatment is preceded by the production of at least one additively applied layer on a base plate using the laser beam to melt applied powder material.
  • a nominal layer thickness can be in the range of 20 ⁇ m to 120 ⁇ m (for example an industry standard of 40 ⁇ m).
  • a heat treatment is then carried out after the production or application of a layer thickness in the range of 0.3 mm to approx. 3 mm, currently preferably 1 mm.
  • the calculation of the parameters by the processor provides for the determination of a heating frequency which indicates a passage through the scanning path per unit of time.
  • the heating frequency is therefore determined from the scanning speed and the cumulative exposure length in a given area.
  • a quasi-homogeneous heat treatment is controlled by specifying and calculating the scanning of the surface on the basis of a heating frequency.
  • the resulting temperature of an irradiated partial area effectively oscillates between a minimum and a maximum temperature value according to the heating frequency.
  • the cooling i.e.
  • the decreasing part of the oscillation is determined by the heat dissipation of the underlying material.
  • the local heating ie the increasing part of the oscillation, is determined by the scanning speed and the laser power of the laser, which locally heats a point.
  • the increase in the average temperature is determined by the heating frequency. The more often the laser beam illuminates a spot, the more the heating predominates; the less often the spot is illuminated, the more the cooling predominates. If cooling and energy input are in balance, a constant average temperature is maintained.
  • the homogeneity of the heat treatment is improved by increasing the heating frequency.
  • the calculation of the parameters takes into account at least one scanning speed that is assigned to the scanning path.
  • the scanning speed is typically determined from the geometric shape of the component and the hardware (scanner) and is thus to be understood in particular as an input variable of the calculation.
  • the scanning speed is usually a scanning speed that varies depending on the position along the scanning path.
  • a maximum scanning speed is at least 10 m/s in order to achieve the most homogeneous heat treatment possible.
  • the scanning speed along the scanning path for such a heat treatment is typically in the range of 10 m/s and 30 m/s. In this way, a quasi-homogeneous heat treatment of the component can be achieved.
  • the calculation of parameters includes the calculation of a laser beam diameter on the irradiated surface of the component.
  • the control of the beam control device provides for the control of a focusing optics according to the calculated beam diameter.
  • the beam diameter is not only limited to a round beam profile, but can also be an average diameter of a complex beam profile, for example.
  • the beam diameter is relatively large, ie the laser beam is not focused.
  • a preferred maximum beam diameter on the surface of the component is at least approximately 400 ⁇ m, and a preferred range of the beam diameter is 500 ⁇ m - 1000 ⁇ m or more.
  • a surrounding volume in particular a height of the component, is also taken into account.
  • the laser beam power is used in particular to control the energy input. With good heat dissipation capacity, i.e.
  • calculating the scan distance includes calculating a hatching, which has a scan distance of parallel or anti-parallel scan vectors. A typical hatching describes evenly arranged, straight scan vectors on the surface. The scan distance is determined based on the laser beam power and the beam diameter.
  • a scan vector represents a scan section of the scan path that can be described by just one movement of an optical element of the beam control device.
  • a scan vector is preferably carried out via a movement of the optical element, for example a scan mirror, which achieves particularly effective scanning.
  • an acceleration of the deflection optics is taken into account when calculating the hatching. This determines the real scanning speed on the surface, which enables more accurate predictions of the temperature development on the surface.
  • a length of the scan vector should be be as long as possible so that the effect of the acceleration is minimized.
  • the calculation of the laser beam power provides for an adjustment of the laser beam power depending on the acceleration. This prevents the material from melting.
  • the calculation of the beam diameter, the beam power and the hatching is carried out based on a geometric shape of the irradiated surface.
  • some parameters for irradiating the surface are adjusted if necessary in order to heat the material to the desired target temperature range.
  • the laser beam power, the beam diameter and/or the scan distance are reduced.
  • the nominal beam diameter and scan distance are determined when calculating the hatching for the heat treatment. This also prevents the material from melting in structures that are too small and which are generally less able to dissipate heat.
  • the irradiation when irradiating a partial area of the surface which is smaller than a sum of a nominal beam diameter and a nominal scanning distance of the hatching, the irradiation takes place according to an edge vector.
  • the direction of the edge vector runs according to geometric edges of the partial area, which can specifically mean that the edge vector runs between two tapering edges. This prevents that a scan vector becomes too small, which would effectively mean point irradiation. This improves the scan path for fast scanning.
  • the irradiation when irradiating a connecting bridge which connects two partial areas of the surface and has a minimum width of less than twice the scanning distance, the irradiation takes place according to a bridge vector.
  • controlling the beam control device provides for the alignment of deflection optics of the beam control device for controlling a laser beam direction according to the scan path on the surface of the component. This is the case, for example, with commercially available scanners that use "galvano mirrors", which enable rapid scanning of the surface in the kHz range.
  • the calculation of the parameters involves a plurality of laser beams, and the step of controlling involves controlling a plurality of lasers. This allows the heating frequency, i.e. the exposure of the entire surface per unit of time, to be multiplied, which enables a more homogeneous heat treatment.
  • the period for scanning the surface can be reduced n-fold by coupling n-lasers.
  • the laser beams can be emitted by different lasers. ated, or they can be provided by beam splitting of a laser beam emitted by a laser.
  • the calculation of the parameters and the control of the beam control device for controlling the laser beams provides for irradiation of essentially identical partial areas of the surface with the majority of laser beams. It is thus provided that each laser beam can irradiate practically every partial area of the surface.
  • the respective scanning paths of the majority of laser beams are synchronized with one another in time in order to avoid simultaneous irradiation of the same partial area, which could lead to the melting of the material.
  • the temporal synchronization can take place after each run through the scanning path, or at predetermined time intervals or number of runs through the scanning path.
  • the calculation of the parameters and the periodic scanning of the surface of the component comprises a heating phase in which the surface is heated from an ambient temperature to a target temperature range, the target temperature range being between a first and a second temperature. This heating can provide a specific heating rate in order to prevent cracks from forming, for example.
  • the calculation also comprises a cooling phase in which the surface cools down to the ambient temperature.
  • a stationary phase can be provided in which the component is kept at a substantially constant temperature.
  • the calculation of the parameters and the periodic scanning of the surface of the component also includes a stationary phase in which the component is kept at a substantially constant temperature. This can promote restructuring of the material and thus increase the effectiveness of the heat treatment.
  • at least one of the heating phase or the cooling phase is calculated in such a way that an average surface temperature of the irradiated surface of the component follows a predetermined temporal temperature profile. This calculation can be carried out in particular based on the heating frequency.
  • the heating rate or a cooling rate can thus be precisely controlled in a simple way, which can avoid unpleasant side effects such as cracking or undesirable phase precipitation.
  • FIG. 3 a schematic representation of a surface with a scanning path according to an embodiment of the method
  • Fig. 4 a schematic representation of a surface with a scanning path according to a further embodiment of the method
  • Fig. 5 a schematic representation of a surface with a scanning path according to a further embodiment of the method
  • Fig. 6 a schematic representation of a surface with a scanning path according to a further embodiment of the method
  • Fig. 7 a schematic diagram of a method of heat treatment of an additively manufactured component according to an embodiment
  • Fig. 8 is a schematic diagram of a method of heat treating an additively manufactured component according to another embodiment.
  • the accompanying drawings are intended to provide a further understanding of the embodiments of the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a device 1 according to an embodiment of the device 1 for the post-heat treatment of an additively manufactured component 6.
  • the device 1 shown in Fig. 1 has a surface 6 which is used with a laser beam 5 for the post-heat treatment of an additively manufactured section 6b of the component 6.
  • the device 1 shown here is part of a larger system for the additive manufacturing of components 6, which generally also has, among other things, a powder chamber (not shown here) and an overflow container.
  • the device 1 has a laser 2, which is designed to generate heat when a surface 6a of the component 6 is irradiated with the laser beam 5 emitted by the laser 2.
  • the wavelength of the laser 2 is selected such that it is at least partially absorbed by the material of the component 6. In this case, this wavelength is in the near infrared range, but in other embodiments it can also be in the UV range.
  • the device 1 has a beam control device 3 for controlling the laser beam 5 emitted by the laser 2 on the surface 6a of the component 6.
  • the beam control device 3 is designed as a scanner with scanning mirrors 3a and built-in downstream focusing optics (not shown).
  • the scanner is downstream of the laser 2.
  • a beam splitter for melt pool monitoring can be installed between the laser 2 and the scanner, in which emissions from the surface 6a are redirected to a detector.
  • the laser beam 5 is directed at the component 6, which has at least one additively manufactured (3D-printed) layer 6b or section 6b, and has been positioned or manufactured on a base plate 7.
  • the surface 6a of the component which is also the surface 6a of the additively manufactured section 6b, is irradiated in order to subject it to a heat treatment.
  • the laser 2 and the beam control device 3 are connected to an electronic control device 4, which has at least a computer-readable memory 4b and a processor 4a.
  • the beam control device 4 is a computer integrated into the 3D printing system.
  • the electrical connections can be through common connections (USB, RS232, etc.) to the components.
  • the control device 4 contains a computer-readable memory 4a with data about a condition and a position of the component 6. The position of the component 6 is to be understood relative to the base plate 7.
  • the processor 4b of the control device 4 is designed to calculate parameters relating to a periodic scanning of the surface 6a with the at least one laser beam 5 for heat treatment of the component 6 based on the data contained in the memory 4a.
  • the lower temperature limit T2 of the target temperature range TZ depends on the desired effect of the heat treatment. This can be selected in such a way that a hardness gradient can be influenced by locally influencing the material properties. In addition, a ⁇ ' (gamma prime) precipitation can be determined in-situ.
  • the lower temperature limit T2 and other parameters can also result from specific properties, for example of a nickel-based alloy, so that a temperature of approx. 1000°C must be achieved at a depth of 1 mm.
  • the maximum temperature should also be below the gamma prime solvus temperature.
  • Another aspect is the local influence on the dislocation density in order to control recrystallization with the heat treatment or to achieve a reduction in the crack density near the component surface through purely near-surface in-situ heat treatment.
  • the computer that contains the control device 4 thus also contains a computer program that includes commands that cause the device to carry out the method steps described below.
  • This computer program is stored on a computer-readable medium, for example the same memory 4a.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a method for post-heat treatment of an additively manufactured component 6. Also shown schematically in Fig. 2 are additional method steps for producing an additively manufactured component according to an embodiment. The method shown in Fig.
  • the 2 for the post-heat treatment of an additively manufactured section 6b of a component 6 comprises the step of calculating (S1) parameters relating to irradiation of a surface 6a of the additively manufactured section 6b of the component 6 with at least one laser beam 5 for heat treatment of the component 6.
  • the parameters comprise at least one laser beam power 10, which can in principle be varied along a scan path 11 on the surface 6a of the component.
  • the parameters are calculated in such a way as to heat the surface 6a to a target temperature range TZ, wherein an upper temperature limit T1 of the target temperature range TZ is below the melting temperature of the material used for the component 6.
  • the parameters can also comprise a heating frequency 12, which indicates a passage through the scan path 11 per unit of time.
  • the calculation of the parameters includes at least one scanning speed 13 along the scanning path 11, which is assigned to the scanning path 11.
  • the scanning speed 13 can thus be calculated variably along the scanning path 11.
  • An acceleration of components of the beam control device 3, such as the scanning mirror 3a, can also be taken into account here, and the laser beam power 10 can be adjusted accordingly during these acceleration phases, i.e. generally reduced.
  • the maximum scanning speed 13, or the heating frequency 12 should be selected as quickly as possible.
  • a suitable maximum scanning speed 13 for this is at least 10 m/s.
  • a suitable range of scanning speeds 13 along the scanning path can be from 10 m/s to 30 m/s.
  • the method can also include calculating parameters, calculating a laser beam diameter 14 on the irradiated surface 6a of the component 6. As described above, this should be chosen to be relatively large in order to achieve the most homogeneous illumination possible. As a rule, defocusing of the laser beam 5 on the surface 6a to be irradiated is selected. As already mentioned above, the laser beam power 10 can be changed dynamically along the scanning path in order to prevent the material from melting.
  • the calculation of the laser beam power 5 on the irradiated surface 6a can also take into account a height H of the component or the associated component volume lying under the exposed layer, which is important for different sub-areas of the surface can be different.
  • a heat dissipation capacity of an irradiated partial area can be taken into account depending on the local height H of the irradiated partial area. This guarantees greater certainty that the temperature of the surface 6a is also in the target temperature range TZ, and in particular that melting of the material is avoided.
  • Calculating the scanning path 11 can also include calculating a hatching 20, as shown and explained in the following Fig. 3. Overall, the parameters are calculated on the basis of a simulation of the heat development in the material of the component 6.
  • the parameters are also correlated with one another.
  • the beam diameter 14, the laser beam power 10, the scanning speed 13 and the hatching 20 are also calculated based on a geometric shape of the irradiated surface 6a.
  • These parameters for irradiating the surface 6a are adjusted as required in order to heat the material to the desired target temperature range TZ with the greatest possible accuracy and to prevent melting.
  • the method also includes the step of controlling at least one laser 2 and a beam control device 3 for periodically scanning the surface 6a with the at least one laser beam 5 according to the calculated laser beam power 10, the scanning distance 11 and the other parameters used, such as the heating frequency 12 along the calculated scanning distance 11.
  • the control of the beam control device 3 can provide for controlling the focusing optics of the beam control device 3 according to the calculated beam diameter 14.
  • a suitable maximum beam diameter 14 on the surface 6a of the component should be at least 100 ⁇ 500 ⁇ m. In one embodiment, the beam diameter 14 is 500 ⁇ m to 1000 ⁇ m, but can also be larger values.
  • the control of the beam control device 3 can also provide for aligning a deflection optics of the beam control device 3, such as the scanning mirror 3a in this case, for controlling a laser beam direction 5 according to the scanning path 11 on the surface 6a of the component 6.
  • the heat treatment is preceded by the provision S10 of the base plate 7, the laser 2 and the beam control device 3 for controlling the direction of the laser beam 5 emitted by the laser 2 for additive manufacturing or 3D printing.
  • the scanning path 11 can also be determined, which is determined by the exposed geometry of the component.
  • a nominal layer thickness is in the range of 20 ⁇ m to 120 ⁇ m, and is preferably 40 ⁇ m.
  • the scanning speed 13 and/or the laser beam power 10 are already used as input variables.
  • a heat treatment is carried out after the production or application of a layer thickness in the range of 0.3 mm to approx. 3 mm, preferably 1 mm. This means that a heat treatment is carried out every approx. 25 layers applied.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a surface 6a with a scanning path 11 according to an embodiment of the method.
  • the component 6 shown here as an example has a square surface 6a.
  • the scanning path 11 on this surface is shaped according to a hatching 20, which has a scanning distance DS of parallel or antiparallel arranged scanning vectors 31.
  • the method therefore also includes calculating the hatching 20.
  • the hatching 20 here includes individual scanning vectors 31, which represent a scanning section of the scanning path that can be described by just one movement of an optical element of the beam control device 3. In this embodiment, all scanning vectors 31 are straight, which corresponds to a movement of the scanning mirror 3a.
  • the scan vectors 31 can also be curved, which are carried out by the movement of, for example, an XY scan mirror 3a that can be rotated in two orthogonal directions, or the simultaneous movement of an X and a Y scan mirror 3a that can be rotated orthogonally thereto.
  • the calculation of the hatching 20 can also take into account an acceleration of the deflection optics, and a corresponding adjustment of the laser beam power 10 can also be carried out depending on the acceleration.
  • the calculation of the beam diameter 14, the laser beam power 10 and the hatching 20 can also be carried out here based on a geometric shape of the surface 6a of an irradiated partial area of the surface 6a in order to achieve the highest possible accuracy of the surface temperature in the area of the target temperature range T Z.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a surface 6a with a scanning path 11 according to a further embodiment of the method.
  • Figs. 4 and 5 show special cases which come into play when irradiating a partial area of the surface 6a which is relatively small in its dimensions.
  • the laser beam power 10 the beam diameter 14 and/or the scanning distance D S can be reduced.
  • the nominal scanning distance here can be the scanning distance D S shown in Fig. 3, which results, among other things, in connection with the temperature to be achieved, the laser beam power 10, the heating frequency 12, the scanning speed 13 and the beam diameter 14.
  • Fig. 4 shows that when irradiating a sub-area of the surface 6a which is smaller than a sum of a nominal beam diameter 14 and the nominal scanning distance D S of the hatching 20, the irradiation takes place according to an edge vector 40. It can be seen that in this case the hatching 20 is interrupted and the direction of the edge vector 40 runs according to geometric edges 41 of the shown sub-area of the surface 6a, ie between these edges 41 of the sub-area.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a surface 6a with a scanning path 11 according to a further embodiment of the method.
  • a connecting bridge 50 is irradiated, which connects two partial areas 51 of the surface 6a with one another and has a minimum width D B less than twice the scanning distance D S , the irradiation takes place according to a bridge vector 52 which runs longitudinally along the middle of the bridge.
  • the bridge vector 52 ends in the connecting bridge shown in Fig. 5 made up of two scanning vectors 31, the bridge vector 52 is only traversed once here.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a surface 6a with a scanning path 11 according to a further embodiment of the method.
  • the calculation of the parameters provides for a plurality of laser beams 5, and the control step provides for the control of a plurality of lasers 2.
  • These laser beams 5 originate from a corresponding number of lasers 2. In further embodiments, however, they can also originate from the division of originally one laser beam 5 of a laser 2.
  • Calculating the parameters and controlling the beam control device 3 to control the laser beams 5 also provides for irradiation of essentially the same partial areas of the surface with the majority of the laser beams 5.
  • a first hatching 60a with first scan vectors 61a and a first beam diameter 62a drawn in and a second hatching 60b rotated by essentially 90° with second scan vectors 61b and a drawn in second beam diameter 62b on the surface 6a of the component 6 can be seen.
  • the first beam diameter 62a and second beam diameter 62b can, as shown here, be the same or different.
  • the respective scanning paths 11 of the laser beams are synchronized with one another in time. This takes place here at predetermined intervals, for example after eight scanning processes, but can also take place after each scanning process or after certain time intervals, for example once per minute.
  • Fig. 7 shows a schematic diagram 70 for a method of heat treatment of an additively manufactured component according to one embodiment.
  • the diagrams 70, 80 shown in Fig. 7 and 9 contain a horizontal time axis 71 against which the temperature of the irradiated surface 6a is plotted according to a vertical temperature axis 72.
  • an increase in temperature can be seen according to a calculated heating phase 73 by periodically scanning the surface 6a of the component 6.
  • this heating phase 73 the surface 6a is heated from an ambient temperature to a temperature in the target temperature range T Z.
  • the target temperature range T Z lies between the upper temperature limit T1 and lower temperature limit T2 of the target temperature range discussed above.
  • the diagram 70 in Fig. 7 shows a cooling phase 74 in which the surface 6a cools down to the ambient temperature.
  • the heating phase 73 and/or the cooling phase 74 can be calculated in particular based on the heating frequency 12, so that an average surface temperature of the irradiated surface 6a of the component 6 follows a predetermined temporal temperature profile.
  • the cooling phase 74 can be slowed down in order to be able to better control a degree of crystallization, for example.
  • Fig. 8 shows a schematic diagram 80 for a method of heat treatment of an additively manufactured component 6 according to a further embodiment. In the diagram 80 shown in Fig.
  • a stationary phase 81 is also shown, in which the component 6 is kept at a substantially constant temperature in the target temperature range TZ. Depending on the application, this can increase the desired effect of the heat treatment, for example the reduction of the residual stresses.
  • the present invention has been fully described above using preferred embodiments, it is not limited to this, but can be modified in many ways.
  • some of the embodiments described above include a beam diameter 14, this does not necessarily mean a round beam profile. In In some embodiments, this can also be a square profile, for example with a top-hat intensity distribution, wherein the beam diameter 14 on the surface 6a then essentially corresponds to the areas of high intensity.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Abschnitts eines Bauteils, mit den Schritten: Berechnen von Parametern bezüglich einer Bestrahlung einer Oberfläche des additiv gefertigten Abschnitts des Bauteils mit zumindest einem Laserstrahl zur Wärmebehandlung des Bauteils, wobei die Parameter zumindest eine Laserstrahlleistung entlang einer Scanstrecke auf der Oberfläche des Bauteils umfassen, wobei die Parameter derart berechnet werden, um die Oberfläche auf einen Zieltemperaturbereich aufzuheizen, wobei eine Temperaturobergrenze des Zieltemperaturbereichs unterhalb der Schmelztemperatur des für das Bauteil verwendeten Materials liegt; Ansteuern zumindest eines Lasers und einer Strahlsteuerungseinrichtung zum periodischen Scannen der Oberfläche mit dem zumindest einen Laserstrahl gemäß der berechneten Laserstrahlleistung entlang der berechneten Scanstrecke. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils, eine entsprechende Vorrichtung zur Wärmenachbehandlung eines additiv gefertigten Abschnitts eines Bauteils, ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes Computer-lesbares Medium.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Bauteils GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebe- handlung eines additiv gefertigten Bauteils, ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils, eine entsprechende Vor- richtung zur Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Bau- teils, ein entsprechendes Computerprogramm und ein entspre- chendes Computer-lesbares Medium. TECHNISCHER HINTERGRUND Eine Wärmebehandlung im Anschluss an eine additive Auftragung von Schichten zur Fertigung von Bauteilen hat unter anderem den Zweck, durch eine Eigenspannungsreduktion die Gefügeeigen- schaften lokal zu beeinflussen, um eine Rissbildung zu vermei- den. So beschreibt EP 3575 018 A1 ein Verfahren zur additiven Schichtherstellung eines metallischen Bauteils. Das Verfahren umfasst die wiederholte Abtastung eines Laserstrahls zum Auf- schmelzen von Pulver um eine Vielzahl von Schichten des Bau- teils zu bilden. Das Verfahren umfasst ferner eine zusätzliche Wärmebehandlung zum Spannungsabbau. Eine mögliche Form der Wärmebehandlung, die für mit einem Laser additiv gefertigte Bauteile besonders günstig ist, ist das Abscannen der gefertigten Oberfläche mit einem Laser. Dabei wird bevorzugt der oder im Falle von mehreren Lasern die glei- chen Laser, die schon zur Aufschmelzung des Materials zur Fer- tigung der additiv aufgetragenen Schicht benutzt wurde, ver- wendet. Dabei muss jedoch vermieden werden, durch die in-situ Wärmebehandlung selbst Spannungen zu induzieren. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zu einer quasi- homogenen Wärmebehandlung von additiv gefertigten Schichten eines Bauteils anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren zur ad- ditiven Fertigung eines Bauteils mit den Merkmalen des Pa- tentanspruchs 17, durch eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Bauteils mit den Merkmalen des Pa- tentanspruchs 18, durch ein Computerprogramm gemäß Patentan- spruch 20 und/oder durch ein Computer-lesbares Medium mit den Merkmalen des Patentanspruchs 21 gelöst. Demgemäß ist vorgesehen: - Ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Abschnitts eines Bauteils, mit den Schritten: Berechnen von Parametern bezüglich einer Bestrahlung einer Oberfläche des Bauteils mit zumindest einem Laserstrahl zur Wärmebehand- lung des additiv gefertigten Abschnitts des Bauteils, wobei die Parameter derart berechnet werden, um den additiv ge- fertigten Abschnitt unterhalb der Oberfläche auf einen Ziel- temperaturbereich aufzuheizen, wobei eine Temperaturober- grenze des Zieltemperaturbereichs unterhalb der Schmelztem- peratur des für das Bauteil verwendeten Materials liegt; Ansteuern zumindest eines Lasers und einer Strahlsteuerungs- einrichtung zum periodischen Scannen der Oberfläche mit dem zumindest einen Laserstrahl gemäß der berechneten Laser- strahlleistung entlang der berechneten Scanstrecke. - Ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils, mit den Schritten: Bereitstellen einer Basisplatte, eines La- sers und einer Strahlsteuerungseinrichtung zur Richtungs- steuerung eines von dem Laser emittierten Laserstrahls zum 3D-Drucken; Fertigen zumindest einer additiv aufgetragenen Schicht auf der Basisplatte unter Verwendung des Laser- strahls zum Schmelzen von aufgetragenem Pulvermaterial; Wär- menachbehandlung des Bauteils gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Ab- schnitts eines Bauteils. - Eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines additiv gefer- tigten Bauteils, mit einem Laser, welcher bei einer Bestrah- lung einer Oberfläche des Bauteils mit einem von dem Laser emittierten Laserstrahl zum Erzeugen eines Wärmeeintrags ausgebildet ist, mit einer mit dem Laser und der Strahl- steuerungseinrichtung verbundenen Strahlsteuerungseinrich- tung zur Steuerung des von dem Laser emittierten Laserstrahl auf der Oberfläche des Bauteils, mit einer Steuerungsein- richtung, welche zumindest einen computer-lesbaren Speicher und einen Prozessor aufweist, wobei der computer-lesbare Speicher Daten über eine Beschaffenheit und eine Position des Bauteils enthält; wobei der Prozessor dazu ausgelegt ist, basierend auf den im Speicher enthaltenen Daten Para- meter bezüglich eines periodischen Scannens der Oberfläche mit dem zumindest einen Laserstrahl zur Wärmebehandlung des Bauteils zu berechnen, wobei die Parameter zumindest eine Laserstrahlleistung und eine Scanstrecke auf der Oberfläche umfassen, wobei der Prozessor ausgelegt ist, das periodische Scannen derart zu berechnen, um den additiv gefertigten Ab- schnitt unterhalb der Oberfläche auf einen Zieltemperatur- bereich aufzuheizen, wobei eine Temperaturobergrenze des Zieltemperaturbereichs unterhalb der Schmelztemperatur des für das Bauteil verwendeten Materials liegt. - Computerprogramm umfassend Befehle, die bewirken, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung die erfindungsgemäßen Verfah- rensschritte ausführt. - Ein Computer-lesbares Medium, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis be- steht darin, dass ein Laserstrahl bereits für die additive Fertigung verwendet wird, und somit keine zusätzlichen Kompo- nenten benötigt werden, wenn eine anschließende Wärmebehand- lung mittels des Laserstrahls erfolgt. Durch hohe Scange- schwindigkeiten kann darüber hinaus eine quasi-homogene Wär- mebehandlung der Oberfläche erreicht werden, womit keine zu großen inneren Spannungen auftreten sollten, die beispiels- weise eine Rissbildung verursachen könnten. Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, durch ein periodisches und schnelles Abscannen der Ober- fläche den additiv gefertigten Abschnitt, der ein Volumenbe- reich unterhalb der Oberfläche typischerweise mit einer Dicke von ca. 1 mm darstellt, auf einen Zieltemperaturbereich auf- zuheizen, wobei der Zieltemperaturbereich unterhalb der Schmelztemperatur des für das Bauteil verwendeten Materials liegt. Das periodische Scannen wird daher entsprechend diesen Bedingungen von dem Prozessor berechnet. Dabei kann die erste Temperatur eine Temperatur oberhalb einer γ‘ (gamma-strich) Ausscheidungstemperatur des für das Bauteil verwendeten Mate- rials insbesondere bei Nickelbasislegierungen, eine den Här- tegrad des Bauteils beeinflussenden Temperatur, oder eine Re- kristallisationstemperatur des für das Bauteil verwendeten Ma- terials sein. Somit ist das Überschreiten der ersten Tempera- tur für die Wärmebehandlung vorteilhaft, da hier die Gefü- gestruktur beeinflusst werden kann. Auf der anderen Seite sollte das Überschreiten der Schmelztemperatur vermieden wer- den, um die geometrische Form der Oberfläche nicht zu verändern oder die Gefügestruktur zu ändern. Somit kann mit dieser Tem- peraturkontrolle eine effektivere Wärmebehandlung erreicht werden. So wird eine Scanstrecke auch auf Basis einer Optimierung der Scangeschwindigkeit berechnet, um eine möglichst Schnelles Scannen der gesamten Oberfläche zu erreichen. Aus der mögli- chen Scangeschwindigkeit resultiert dann eine für die Wärme- behandlung geeignete Laserstrahlleistung, welche entlang der Scanstrecke variieren kann. Die Wellenlänge des Laserstrahls bzw. des Lasers ist dabei so gewählt, dass diese bei der Bestrahlung zumindest zum Teil von dem Material des Bauteils absorbiert wird und so einen Wärme- eintrag in das Material erzeugt. Diese kann daher, je nach Material, über das komplette Spektrum von verfügbaren Lasern gewählt werden, beispielsweise von UV (z.B. 266 nm) bis zum fernen Infrarot (z.B. 10.6 µm). Insbesondere der Nahinfrarot- Bereich (z.B. 1030 bis 1080 nm) ist bevorzugt, da hier kosten- günstige und leistungsstarke Laser (z.B. Yb-basierende Faser- laser) zur Verfügung stehen. Die Strahlsteuerungseinrichtung ist typischerweise ein Scanner mit beweglichen Spiegeln, typischerweise Galvano-Spiegeln, und einer Fokussieroptik. Diese kann grundsätzlich den Scanspiegel vor- oder nachgelagert sein. Die Fokussieroptik kann ein Lin- sensystem mit spherischen und/oder aspherischen Linsen, bei- spielsweise einer F-Theta Linse, umfassen, oder auch durch Hohlspiegel gebildet sein. Alternativ kann die Strahlsteue- rungseinrichtung statt einem Scanner auch ein positionierbarer Kopf mit Fokussierungsoptik oder auch Tisch sein. In jedem Fall wird bei diesem Verfahren der Strahl bevorzugt defokus- siert auf die Oberfläche gerichtet, um eine geringe Intensität zu erreichen, so dass ein lokales Aufschmelzen des Materials vermieden wird. Gesteuert werden der Laser und die Strahlsteuerungseinrichtung von der Steuerungseinrichtung, welche ein Computer, ein FPGA, ein One-Chip Computer oder ähnliches sein kann. Die Daten für das Bauteil werden typischerweise von einem in einem CAD-For- mat auf einem Computer-lesbaren Speicher, beispielsweise einer Festplatte oder einem Solid-State-Drive (SSD) oder sonstigem Speichermedium, bereitgestellt. Die Steuerung selbst übernimmt ein Computerprogramm, welches die berechneten Parameter mit einbezieht, und entsprechende Befehle zur Ansteuerung des La- sers und der Strahlsteuerungseinrichtung enthält. Bei der additiven Fertigung ist der Wärmebehandlung vorausge- gangen das Fertigen zumindest einer additiv aufgetragenen Schicht auf einer Basisplatte unter Verwendung des Laser- strahls zum Schmelzen von aufgetragenem Pulvermaterial. Eine nominelle Schichtdicke kann dabei im Bereich von 20 µm bis 120 µm (beispielsweise ein Industriestandard von 40 µm) sein. Eine Wärmebehandlung wird dann nach dem Fertigen bzw. Auftra- gen einer Schichtdicke im Bereich von 0,3 mm bis ca. 3 mm, derzeit bevorzugt von 1 mm durchgeführt. Das bedeutet, dass beispielsweise alle ca. 25 aufgetragenen Schichten eine Wär- mebehandlung erfolgt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sieht das Berechnen der Parameter durch den Prozessor das Bestimmen einer Heizfre- quenz vor, welche ein Durchlaufen der Scanstrecke pro Zeitein- heit angibt. Die Heizfrequenz ergibt sich also aus der Scan- geschwindigkeit und der kumulierten Belichtungslänge in einer gegebenen Fläche. Auf diese Weise wird eine quasi-homogene Wärmebehandlung gesteuert, indem das Scannen der Oberfläche auf Basis einer Heizfrequenz angegeben und berechnet wird. Effektiv oszilliert die daraus resultierende Temperatur eines bestrahlten Teilbereichs entsprechend der Heizfrequenz zwi- schen einem minimalen und einem maximalen Temperaturwert. Da- bei ist die Abkühlung, d.h der sinkendene Teil der Oszillation durch die Wärmeabfuhr des unterliegenden Materials bestimmt. Die lokale Aufwärmung, d.h. der steigende Teil der Oszilla- tion, ist durch die Scangeschwindigkeit und die Laserleistung des Lasers gegeben, welcher lokal einen Punkt aufheizt. Im Falle einer Aufheizphase wird die Steigung der mittleren Tem- peratur durch die Heizfrequenz bestimmt. Je öfter der Laser- strahl eine Stelle belichtet, desto mehr überwiegt die Aufwär- mung, je seltener die Stelle belichtet wird, desto mehr über- wiegt die Abkühlung. Sind Abkühlung und Energieeintrag im Gleichgewicht wird eine konstante mittlere Temperatur gehal- ten. Durch eine Erhöhung der Heizfrequenz die Homogenität der Wärmebehandlung verbessert. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform berücksich- tigt das Berechnen der Parameter zumindest eine Scangeschwin- digkeit, welche der Scanstrecke zugeordnet ist, mit. Typi- scherweise wird die Scangeschwindigkeit aus der geometrischen Form des Bauteils und der Hardware (Scanner) bestimmt und ist somit insbesondere als eine Eingangsvariable der Berechnung zu verstehen. Bei der Scangeschwindigkeit handelt es sich in der Regel um eine abhängig von der Position entlang der Scanstrecke variable Scangeschwindigkeit. Eine maximale Scangeschwindig- keit beträgt mindestens 10 m/s, um eine möglichst homogene Wärmebehandlung zu erreichen. Die Scangeschwindigkeit entlang der Scanstrecke ist für solch eine Wärmebehandlung typischer- weise im Bereich von 10 m/s und 30 m/s. So kann eine quasi- homogene Wärmebehandlung des Bauteils erreicht werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Berechnen von Parametern das Berechnen eines Laserstrahldurch- messers auf der bestrahlten Oberfläche des Bauteils. Das An- steuern der Strahlsteuerungseinrichtung sieht dabei ein An- steuern einer Fokussieroptik gemäß dem berechneten Strahl- durchmesser vor. Dabei ist der Strahldurchmesser nicht nur auf ein rundes Strahlprofil beschränkt, sondern kann beispiels- weise auch ein gemittelter Durchmesser eines komplexen Strahl- profiels sein. Typischerweise ist der Strahldurchmesser rela- tiv groß, d.h. der Laserstrahl ist nicht fokussiert. Ein be- vorzugter maximaler Strahldurchmesser auf der Oberfläche des Bauteils beträgt mindestens ca. 400 µm, und ein bevorzugter Bereich des Strahldurchmessers liegt bei 500 µm – 1000 µm oder mehr. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird bei dem Berechnen der Laserstrahlleistung auf der bestrahlten Oberflä- che ein umgebendes Volumen, insbesondere eine Bauhöhe des Bau- teils, mitberücksichtigt. Die Laserstrahlleistung wird insbe- sondere herangezogen um den Energieeintrag zu steuern. Bei gutem Wärmeableitungsvermögen, also kleiner Bauhöhe gleich ei- ner Bestrahlung nah am Substrat, und bei großes Bauteilvolumen wird eine größere Laserleistung verwendet, die nur begrenzt ist durch die Aufschmelzschwelle. Zusätzlich wird hier auch die erforderliche Dauer der Wärmebehandlung berechnet. Diese kann je nach Wärmeableitungsvermögen größer oder kleiner sein, bei gleicher Laserleistung. Dies dient der besseren Tempera- turkontrolle in dem additiv gefertigten Abschnitt der Verhin- derung eines Aufschmelzens. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Berechnen der Scanstrecke das Berechnen eines Hatchings, wel- ches einen Scanabstand von parallel oder antiparallel angeord- neten Scanvektoren aufweist. Ein typisches Hatching beschreibt gleichmäßig angeordnete gerade verlaufende Scanvektoren auf der Oberfläche. Der Scanabstand wird dabei basierend auf der Laserstrahlleistung und dem Strahldurchmesser bestimmt. Ins- besondere stellt ein Scanvektor ein durch nur eine Bewegung eines optischen Elements der Strahlsteuerungseinrichtung be- schreibbarer Scanteilstrecke der Scanstrecke dar. Somit wird ein Scanvektor bevorzugt über eine Bewegung des optischen Ele- ments, beispielsweise einem Scanspiegel, ausgeführt, womit ein besonders effektives Scannen erreicht wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird bei dem Berechnen des Hatchings eine Beschleunigung der Ablenkoptik mitberücksichtigt. Damit wird die reale Scangeschwindigkeit auf der Oberfläche ermittelt, wodurch genauere Vorhersagen zur Temperaturentwicklung auf der Oberfläche ermöglicht werden. So sollte für ein schnelles Scannen eine Länge des Scanvektors möglichst lang sein, damit der Effekt der Beschleunigung mi- nimiert wird. Ferner sieht das Berechnen der Laserstrahlleis- tung eine Anpassung der Laserstrahlleistung abhängig von der Beschleunigung vor. Damit wird ein Aufschmelzen des Materials verhindert. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Berechnen des Strahldurchmessers, der Strahlleistung und des Hatchings basierend auf einer geometrischen Form der bestrahl- ten Oberfläche. So werden einige Parameter zur Bestrahlung der Oberfläche bei Bedarf angepasst, um das Material auf den ge- wünschten Zieltemperaturbereich zu erhitzen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden bei der Bestrahlung eines Teilbereichs der Oberfläche, welcher kleiner ist als eine Summe eines nominalen Strahldurchmessers und eines nominalen Scanabstandes des Hatchings die Laser- strahlleistung, der Strahldurchmesser und/oder der Scanabstand reduziert. Der nominale Strahldurchmesser und Scanabstand wer- den bei der Berechnung des Hatchings für die Wärmebehandlung festgelegt. Dies verhindert ebenfalls das Aufschmelzen des Ma- terials bei zu kleinen Strukturen, die in der Regel die Wärme weniger gut ableiten können. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt bei der Bestrahlung eines Teilbereichs der Oberfläche, welcher kleiner ist als eine Summe eines nominalen Strahldurchmessers und eines nominalen Scanabstandes des Hatchings ist, die Be- strahlung gemäß einem Kantenvektor. Die Richtung des Kanten- vektors verläuft gemäß geometrischen Kanten des Teilbereichs, was konkret bedeuten kann, dass der Kantenvektor zwischen zwei sich spitz zulaufenden Kanten verläuft. Damit wird verhindert, dass ein Scanvektor zu klein wird, was effektiv eine Punktbe- strahlung bedeuten würde. Damit wird die Scanstrecke für ein schnelles Scannen verbessert. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt bei der Bestrahlung einer Verbindungsbrücke, welche zwei Teilbe- reiche der Oberfläche miteinander verbindet und eine minimale Breite kleiner des doppelten Scanabstands aufweist, die Be- strahlung gemäß einem Brückenvektor. Der zuvor berechnete Brü- ckenvektor verläuft dabei längsseitig mittig entlang der Brü- cke, so dass hier ebenfalls die Scanstrecke für ein schnelles Scannen verbessert wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sieht das An- steuern der Strahlsteuerungseinrichtung das Ausrichten einer Ablenkoptik der Strahlsteuerungseinrichtung zur Steuerung ei- ner Laserstrahlrichtung gemäß der Scanstrecke auf der Oberflä- che des Bauteils vor. Dies ist beispielsweise bei handelsüb- lichen Scannern der Fall, die "Galvano-Spiegel“ benutzen, wo- mit ein schnelles Scannen der Oberfläche im kHz-Bereich ermög- licht wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sieht das Be- rechnen der Parameter eine Mehrzahl von Laserstrahlen vor, und der Schritt des Ansteuerns das Ansteuern einer Mehrzahl von Lasern vor. Hiermit kann die Heizfrequenz, also die Belichtung der gesamten Oberfläche pro Zeiteinheit, vervielfacht werden, womit eine homogenere Wärmebehandlung ermöglicht wird. Das be- deutet auch, dass die Periodendauer für das Scannen der Ober- fläche durch das Koppeln von n-Lasern n-fach verringern lässt .Die Laserstrahlen können von unterschiedlichen Lasern emit- tiert werden, oder sie können durch eine Strahlaufteilung ei- nes von einem Laser emittierten Laserstrahls bereitgestellt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sieht das Be- rechnen der Parameter und das Ansteuern der Strahlsteuerungs- einrichtung zur Steuerung der Laserstrahlen eine Bestrahlung im Wesentlichen gleicher Teilbereiche der Oberfläche mit der Mehrzahl der Laserstrahlen vor. Somit ist vorgesehen, dass jeder Laserstrahl praktisch jeden Teilbereich der Oberfläche bestrahlen kann. Dabei werden Jeweilige Scanstrecken der Mehr- zahl der Laserstrahlen zeitlich miteinander synchronisiert, um eine gleichzeitige Bestrahlung desselben Teilbereichs, was zur Aufschmelzung des Materials führen könnte, zu vermeiden. Die zeitliche Synchronisierung kann dabei nach jedem Durchlaufen der Scanstrecke, oder in vorbestimmten zeitlichen Intervallen oder Anzahl von Durchläufen der Scanstrecke erfolgen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Berechnen der Parameter und das periodische Scannen der Ober- fläche des Bauteils eine Aufheizphase, in welcher die Oberflä- che von einer Umgebungstemperatur auf einen Zieltemperaturbe- reich aufgeheizt wird, wobei der Zieltemperaturbereich zwi- schen einer ersten und zweiten Temperatur liegt. Diese Aufhei- zung kann eine bestimmte Aufheizrate vorsehen, um beispiels- weise eine Entstehung von Rissen zu verhindern. Ferner umfasst das Berechnen eine Abkühlphase, in welcher die Oberfläche bis zu der Umgebungstemperatur abkühlt. Außerdem kann eine stationäre Phase vorgesehen sein, in welcher das Bauteil auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gehal- ten wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Berechnen der Parameter und das periodische Scannen der Ober- fläche des Bauteils des Weiteren noch eine stationäre Phase, in welcher das Bauteil auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten wird. Dies kann eine Restrukturierung des Materials fördern und somit die Effektivität der Wärmebehand- lung erhöhen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Berechnen zumindest einer der Aufheizphase oder der Abkühl- phase derart, dass eine mittlere Oberflächentemperatur der be- strahlten Oberfläche des Bauteils einen vorbestimmten zeitli- chen Temperaturverlauf folgt. Diese Berechnung kann insbeson- dere basierend auf der Heizfrequenz erfolgen. Somit kann die Aufheizrate oder auch eine Abkühlrate auf einfachem Wege prä- zise gesteuert werden, womit unangenehme Nebeneffekte, wie Rissbildung oder unerwünschter Phasenausscheidungen, vermieden werden können. Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbeson- dere sind sämtliche Merkmale der Verfahren zur Wärmebehandlung auf eine entsprechende Vorrichtung übertragbar, und umgekehrt. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Imple- mentierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit ge- nannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungs- beispiele näher erläutert. Es zeigen dabei: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung ge- mäß einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Wär- mebehandlung eines additiv gefertigten Bauteils; Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Bauteils; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Oberfläche mit Scanstrecke gemäß einer Ausführungsform des Verfah- rens; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Oberfläche mit Scanstrecke gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens; Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Oberfläche mit Scanstrecke gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens; Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Oberfläche mit Scanstrecke gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens; Fig. 7 ein schematisches Diagramm zu einem Verfahren einer Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Bauteils gemäß einer Ausführungsform; und Fig. 8 ein schematisches Diagramm zu einem Verfahren einer Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veran- schaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genann- ten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabs- getreu zueinander gezeigt. In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - so- fern nichts Anderes ausführt ist - jeweils mit denselben Be- zugszeichen versehen. BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Wärmenach- behandlung eines additiv gefertigten Bauteils 6. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 weist eine Oberfläche 6 auf, die mit einem Laserstrahl 5 zur Wärmenachbehandlung eines additiv gefertigten Abschnitts 6b des Bauteils 6 verwendet wird. Die hier gezeigt Vorrichtung 1 ist hier als ein Teil einer größeren Anlage zur additiven Fertigung von Bauteilen 6, welche in der Regel unter anderem noch eine hier nicht gezeigte Pulverkammer und einen Overflow-Behälter aufweist. Die Vorrichtung 1 weist einen Laser 2 auf, welcher bei einer Bestrahlung einer Oberfläche 6a des Bauteils 6 mit Dem von dem Laser 2 emittierten Laserstrahl 5 zum Erzeugen eines Wärmeein- trags ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Wellenlänge des Lasers 2 so gewählt ist, dass diese zumindest zum Teil von dem Material des Bauteils 6 absorbiert wird. In diesem Fall liegt diese Wellenlänge im nahen Infraroten Bereich, kann aber in weiteren Ausführungsformen auch im UV-Bereich liegen. Die Vorrichtung 1 weist eine Strahlsteuerungseinrichtung 3 zur Steuerung des von dem Laser 2 emittierten Laserstrahls 5 auf der Oberfläche 6a des Bauteils 6. In dieser Ausführungsform ist die Strahlsteuerungseinrichtung 3 als ein Scanner mit Scan- spiegeln 3a und eingebauter nachgelagerter Fokussieroptik (nicht gezeigt) ausgebildet. Der Scanner ist dem Laser 2 nach- gelagert. Zwischen Laser 2 und Scanner kann ein Strahlteiler zum Melt-pool-Monitoring angebracht sein, bei dem Emissionen von der Oberfläche 6a auf einen Detektor umgeleitet werden. Gerichtet wird der Laserstrahl 5 auf das Bauteil 6, welches zumindest eine additiv gefertigte (3D-gedruckte) Schicht 6b oder Abschnitt 6b aufweist, und auf einer Basisplatte 7 posi- tioniert oder gefertigt wurde. In Fig. 1 wird die Oberfläche 6a des Bauteils bestrahlt, welche auch die Oberfläche 6a des additiv gefertigten Abschnitts 6b ist, um sie eine Wärmebe- handlung zu unterziehen. Verbunden sind der Laser 2 und die Strahlsteuerungseinrichtung 3 mit einer elektronischen Steuerungseinrichtung 4, welche zu- mindest einen Computer-lesbaren Speicher 4b und einen Prozes- sor 4a aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Strahl- steuerungseinrichtung 4 ein in die Anlage zum 3D-Druck einge- bundener Computer. Die elektrischen Verbindungen können dabei durch gängige Verbindungen (USB, RS232 etc.) zu den Komponen- ten hergestellt werden. Die Steuerungseinrichtung 4 enthält einen Computer-lesbaren Speicher 4a mit Daten über eine Be- schaffenheit und eine Position des Bauteils 6. Die Position des Bauteils 6 ist dabei relativ zu der Basisplatte 7 zu ver- stehen. Der Prozessor 4b der Steuerungseinrichtung 4 ist dazu ausge- legt, basierend auf den im Speicher 4a enthaltenen Daten Pa- rameter bezüglich eines periodischen Scannens der Oberfläche 6a mit dem zumindest einen Laserstrahl 5 zur Wärmebehandlung des Bauteils 6 zu berechnen. Dies erfolgt unter der Bedingung, dass die Oberfläche 6a auf einen Zieltemperaturbereich TZ auf- geheizt wird, wobei eine Temperaturobergrenze T1 des Zieltem- peraturbereichs TZ unterhalb der Schmelztemperatur des für das Bauteil 6 verwendeten Materials liegt. Die Temperaturunter- grenze T2 des Zieltemperaturbereichs TZ ist dabei abhängig von der gewünschten Wirkung der Wärmebehandlung. So kann diese so gewählt sein, dass ein Härtegradient durch lokale Beeinflus- sung der Materialeigenschaften beeinflussbar ist. Außerdem kann eine γ' (gamma-strich) Ausscheidung in-situ festlegt wer- den. Auch können sich die Temperaturuntergrenze T2 und weitere Parameter durch spezifische Eigenschaften, beispielsweise ei- ner Nickelbasislegierung, ergeben, so dass eine Temperatur von ca. 1000°C in 1 mm Tiefe erzielt werden muss. Auch sollte die Maximaltemperatur unterhalb der gamma-strich Solvustemperatur liegen. Ein weiterer Aspekt ist die lokale Beeinflussung der Versetzungsdichte um Rekristallisation mit der Wärmebehandlung zu steuern oder eine Verkleinerung der Bauteiloberflächennahen Rissdichte durch rein oberflächennahe in-situ Wärmebehandlung zu erreichen. Auf dem Computer, der die Steuereinrichtung 4 beinhaltet, ist somit auch ein Computerprogramm enthalten, was Befehle um- fasst, die bewirken, dass die Vorrichtung mit den im folgenden beschriebenen Verfahrensschritten ausführt. Dieses Computer- programm ist auf einem Computer-lesbaren Medium, beispiels- weise dem gleichen Speicher 4a, gespeichert. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Wärmenachbehandlung eines additiv gefertigten Bauteils 6. Ferner schematisch gezeigt in Fig. 2 sind zusätzliche Verfah- rensschritte zur Fertigung eines additiv gefertigten Bauteils gemäß einer Ausführungsform. Das in Fig. 2 gezeigte Verfahren zur Wärmenachbehandlung eines additiv gefertigten Abschnitts 6b eines Bauteils 6, umfasst den Schritt des Berechnens (S1) von Parametern bezüglich einer Bestrahlung einer Oberfläche 6a des additiv gefertigten Ab- schnitts 6b des Bauteils 6 mit zumindest einem Laserstrahl 5 zur Wärmebehandlung des Bauteils 6. Die Parameter umfassen dabei zumindest eine Laserstrahlleistung 10, welche entlang einer Scanstrecke 11 auf der Oberfläche 6a des Bauteils grund- sätzlich variiert werden kann. Die Parameter werden derart berechnet, um die Oberfläche 6a auf einen Zieltemperaturbe- reich TZ aufzuheizen, wobei eine Temperaturobergrenze T1 des Zieltemperaturbereichs TZ unterhalb der Schmelztemperatur des für das Bauteil 6 verwendeten Materials liegt. Die Parameter können auch eine Heizfrequenz 12 umfassen, wel- che ein Durchlaufen der Scanstrecke 11 pro Zeiteinheit angibt. Diese erleichtert die Berechnung der Scanstrecke 11 und der Laserstrahlleistung 10 für eine quasi-homogene Bestrahlung der zu behandelnden Oberfläche 6a. In einigen Ausführungsformen umfasst das Berechnen der Para- meter zumindest eine Scangeschwindigkeit 13 entlang der Scan- strecke 11, welche der Scanstrecke 11 zugeordnet ist. Somit kann die Scangeschwindigkeit 13 variabel entlang der Scanstre- cke 11 berechnet sein. Auch kann hier eine Beschleunigung von Komponenten der Strahlsteuerungseinrichtung 3, wie der Scan- spiegel 3a mitberücksichtigt sein, und die Laserstrahlleistung 10 während dieser Beschleunigungsphasen entsprechend ange- passt, d.h. in der Regel reduziert werden. Um eine quasi-homogene Wärmebehandlung zu erreichen, sollte die maximale Scangeschwindigkeit 13, bzw. die Heizfrequenz 12, so schnell wie möglich gewählt werden. Eine geeignete maximale Scangeschwindigkeit 13 dafür beträgt mindestens 10 m/s. Ein geeigneter Bereich von Scangeschwindigkeiten 13 entlang der Scanstrecke kann von 10 m/s und 30 m/s sein. Außerdem kann das Verfahren auch das Berechnen von Parametern das Berechnen eines Laserstrahldurchmessers 14 auf der be- strahlten Oberfläche 6a des Bauteils 6 umfassen. Dieser sollte, wie weiter oben beschrieben, relativ groß gewählt werden, um eine möglichst homogene Ausleuchtung zu erreichen. In der Re- gel wird eine Defokussierung des Laserstrahls 5 auf der zu bestrahlenden Oberfläche 6a gewählt. Wie schon weiter oben erwähnt, kann die Laserstrahlleistung 10 dynamisch entlang der Scanstrecke geändert werden, um ein Auf- schmelzen des Materials zu verhindern. Daher kann das Berech- nen der Laserstrahlleistung 5 auf der bestrahlten Oberfläche 6a auch eine Bauhöhe H des Bauteils mitberücksichtigen bzw, das damit verbundene, unter der belichteten Schicht liegende Bauteilvolumen, was für unterschiedliche Teilbereiche der Oberfläche verschieden sein kann. Außerdem kann in diesem Zu- sammenhang ein Wärmeableitungsvermögen eines bestrahlten Teil- bereichs abhängig von der lokalen Bauhöhe H an dem bestrahlten Teilbereich mitberücksichtigt werden. Das garantiert eine grö- ßere Sicherheit, dass die Temperatur der Oberfläche 6a auch im Zieltemperaturbereich TZ liegt, und insbesondere ein Auf- schmelzen des Materials vermieden wird. Das Berechnen der Scanstrecke 11 kann auch das Berechnen eines Hatchings 20 umfassen, wie in der folgenden Fig. 3 gezeigt und erläutert wird. Insgesamt werden die Parameter auf Basis einer Simulation der Wärmeentwicklung im Material des Bauteils 6 berechnet. Daher werden die Parameter auch miteinander korreliert. So erfolgt das Berechnen des Strahldurchmessers 14, der Laserstrahlleis- tung 10, der Scangeschwindigkeit 13 und des Hatchings 20 grund- sätzlich auch basierend auf einer geometrischen Form der be- strahlten Oberfläche 6a. So werden diese Parameter zur Be- strahlung der Oberfläche 6a bei Bedarf angepasst, um das Ma- terial mit größtmöglicher Genauigkeit auf den gewünschten Zieltemperaturbereich TZ zu erhitzen und dabei ein Aufschmelzen zu verhindern. Das Verfahren umfasst außerdem noch den Schritt des Ansteuerns zumindest eines Lasers 2 und einer Strahlsteuerungseinrichtung 3 zum periodischen Scannen der Oberfläche 6a mit dem zumindest einen Laserstrahl 5 gemäß der berechneten Laserstrahlleistung 10, der Scanstrecke 11 und der übrigen verwendeten Parameter wie der Heizfrequenz 12 entlang der berechneten Scanstrecke 11. Das Ansteuern der Strahlsteuerungseinrichtung 3 kann ein An- steuern Der Fokussieroptik der Strahlsteuerungseinrichtung 3 gemäß dem berechneten Strahldurchmesser 14 vorsehen. Ein ge- eigneter maximaler Strahldurchmesser 14 auf der Oberfläche 6a des Bauteils sollte mindestens 100~500 µm betragen. In einer Ausführungsform beträgt der Strahldurchmesser 14 500 µm bis 1000 µm, kann aber auch größere Werte betragen. Das Ansteuern der Strahlsteuerungseinrichtung 3 kann außerdem das Ausrichten einer Ablenkoptik der Strahlsteuerungseinrich- tung 3, wie in diesem Fall den Scanspiegel 3a, zur Steuerung einer Laserstrahlrichtung 5 gemäß der Scanstrecke 11 auf der Oberfläche 6a des Bauteils 6 vorsehen. Bei der additiven Fertigung ist der Wärmebehandlung vorausge- gangen dabei das Bereitstellen S10 der Basisplatte 7, des La- sers 2 und der Strahlsteuerungseinrichtung 3 zur Richtungs- steuerung des von dem Laser 2 emittierten Laserstrahls 5 zum additiven Fertigen, bzw. 3D-Drucken. Bei diesem Schritt kann auch bereits die Scanstrecke 11 festgelegt werden, die von der belichteten Geometrie des Bauteils bestimmt wird. Ferner vo- rausgegangen ist das Fertigen S11 zumindest einer additiv auf- getragenen Schicht auf der Basisplatte 7 unter Verwendung des Laserstrahls zum Schmelzen von aufgetragenem Pulvermaterial. Eine nominelle Schichtdicke liegt im Bereich von 20 µm bis 120 µm, und beträgt bevorzugt 40 µm. Hierbei werden die Scan- geschwindigkeit 13 und/oder die Laserstrahlleistung 10 bereits als Eingangsvariablen verwendet. Eine Wärmebehandlung wird nach dem Fertigen bzw. Auftragen einer Schichtdicke im Bereich von 0,3 mm bis ca. 3 mm, bevorzugt von 1 mm durchgeführt. Das bedeutet, dass alle ca. 25 aufgetragenen Schichten eine Wär- mebehandlung erfolgt. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Oberfläche 6a mit Scanstrecke 11 gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens. Das hier beispielhaft gezeigte Bauteil 6 weist eine quadrati- sche Oberfläche 6a auf. Die Scanstrecke 11 auf dieser Oberflä- che ist hier gemäß eines Hatchings 20 geformt, welches einen Scanabstand DS von parallel oder antiparallel angeordneten Scanvektoren 31 aufweist. In dem obigen Verfahren umfasst das Verfahren somit auch das Berechnen des Hatchings 20. Das Hatching 20 umfasst hier einzelne Scanvektoren 31, die eine durch nur eine Bewegung eines optischen Elements der Strahlsteuerungseinrichtung 3 beschreibbarer Scanteilstrecke der Scanstrecke darstellen. In dieser Ausführungsform sind sämtliche Scanvektoren 31 gerade ausgebildet, was einer Bewe- gung des Scanspiegels 3a entspricht. Doch können die Scanvek- toren 31 auch kurvenförmig sein, welche durch die Bewegung beispielsweise eines in zwei orthogonalen Richtungen drehbaren X-Y Scanspiegels 3a, oder gleichzeitige Bewegung von einem X- und einem dazu orthogonal drehbaren Y-Scanspiegel 3a ausge- führt werden. Das Berechnen des Hatchings 20 kann auch eine Beschleunigung der Ablenkoptik mitberücksichtigen, und auch eine entspre- chende Anpassung der Laserstrahlleistung 10 abhängig von der Beschleunigung durchgeführt werden. Außerdem kann auch hier das Berechnen des Strahldurchmessers 14, der Laserstrahlleis- tung 10 und des Hatchings 20 basierend auf einer geometrischen Form der Oberfläche 6a eines bestrahlten Teilbereichs der Ober- fläche 6a erfolgen, um eine möglichst hohe Genauigkeit der Oberflächentemperatur im Bereich des Zieltemperaturbereichs TZ zu erreichen. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Oberfläche 6a mit Scanstrecke 11 gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens. In Fig. 4 und 5 sind Spezialfälle gezeigt, welche bei der Bestrahlung eines Teilbereichs der Oberfläche 6a zu tragen kommt, welcher relativ klein in seinen Ausmaßen ist. Beispiels- weise kann bei einem Teilbereich, welche kleiner ist als eine Summe des nominalen Strahldurchmessers 14 und eines nominalen Scanabstandes DS des Hatchings 20 die Laserstrahlleistung 10, der Strahldurchmesser 14 und/oder der Scanabstand DS reduziert werden. Der nominale Scanabstand kann hier der in Fig. 3 ge- zeigte Scanabstand DS sein, der sich unter anderem in Verbin- dung mit der zu erreichenden Temperatur, der Laserstrahlleis- tung 10, der Heizfrequenz 12, der Scangeschwindigkeit 13 und dem Strahldurchmesser 14 ergibt. So kann bei kleinen Teilbe- reichen grundsätzlich alle diese Parameter angepasst werden, insbesondere die Laserstrahlleistung 10 durch Ansteuern des Lasers 2 und der Strahldurchmesser 14 durch Ansteuern der Strahlsteuerungseinrichtung 3, typischerweise der Fokussier- optik. So wird in Fig. 4 gezeigt, dass bei der Bestrahlung eines Teilbereichs der Oberfläche 6a, welcher kleiner ist als eine Summe eines nominalen Strahldurchmessers 14 und des nominalen Scanabstandes DS des Hatchings 20 ist, die Bestrahlung gemäß einem Kantenvektor 40 erfolgt. Es ist zu erkennen, dass in diesem Fall das Hatching 20 unterbrochen wird, und die Richtung des Kantenvektors 40 gemäß geometrischen Kanten 41 des gezeig- ten Teilbereichs der Oberfläche 6a, d.h. zwischen diesen Kan- ten 41 des Teilbereichs verläuft. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Oberfläche 6a mit Scanstrecke 11 gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens. Ein anderer Spezialfall ist in Fig. 5 gezeigt, bei der Be- strahlung einer Verbindungsbrücke 50, welche zwei Teilbereiche 51 der Oberfläche 6a miteinander verbindet und eine minimale Breite DB kleiner des doppelten Scanabstands DS aufweist, die Bestrahlung gemäß einem Brückenvektor 52 erfolgt, welcher längsseitig mittig entlang der Brücke verläuft. Obwohl der Brückenvektor 52 in der in Fig. 5 gezeigten Verbindungsbrücke aus zwei Scanvektoren 31 mündet, wird der Brückenvektor 52 hier nur einmal Durchlaufen. Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Oberfläche 6a mit Scanstrecke 11 gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens. In der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform sieht das Berechnen der Parameter eine Mehrzahl von Laserstrahlen 5 vor, und der Schritt des Ansteuerns das Ansteuern einer Mehrzahl von Lasern 2 vor. Diese Laserstrahlen 5 stammen von einer entsprechenden Anzahl von Lasern 2. In weiteren Ausführungsformen können diese aber auch durch Aufteilung von ursprünglich einem Laserstrahl 5 eines Lasers 2 stammen. Das Berechnen der Parameter und das Ansteuern der Strahlsteuerungseinrichtung 3 zur Steuerung der Laserstrahlen 5 sieht außerdem eine Bestrahlung im Wesentli- chen gleicher Teilbereiche der Oberfläche mit der Mehrzahl der Laserstrahlen 5 vor. So sind in Fig. 6 ein erstes Hatching 60a mit ersten Scanvektoren 61a und eingezeichnetem ersten Strahl- durchmesser 62a und ein im Wesentlich 90° gedrehtes zweites Hatching 60b mit zweiten Scanvektoren 61b und eingezeichnetem zweiten Strahldurchmesser 62b auf der Oberfläche 6a des Bau- teils 6 zu erkennen. Der erste Strahldurchmesser 62a und zweite Strahldurchmesser 62b können, wie hier gezeigt, gleich oder auch verschieden groß sein. Dasselbe gilt für die jeweilige Laserstrahlleistung. Um ein Aufschmelzen zu verhindern, werden die jeweilige Scan- strecken 11 der Laserstrahlen zeitlich miteinander synchroni- siert werden. Dies erfolgt hier in vorbestimmten Intervallen, beispielsweise nach acht Scanvorgängen, kann aber auch nach jedem Scanvorgang oder nach bestimmten Zeitintervallen, bei- spielsweise einmal pro Minute, erfolgen. Mit der Nutzung von mehreren Laserstrahlen 5 wird die Geschwin- digkeit eines Durchlaufs der Oberfläche 6a im Wesentlichen vervielfacht, so das auch eine homogenere Wärmebehandlung er- reicht wird. Fig. 7 zeigt ein schematisches Diagramm 70 zu einem Verfahren einer Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Bauteils gemäß einer Ausführungsform. Die in Fig. 7 und 9 gezeigten Diagramme 70, 80 enthalten eine horizontale Zeitachse 71, gegen die gemäß einer vertikalen Temperaturachse 72 die Temperatur der bestrahlten Oberfläche 6a eingezeichnet ist. In dem in Fig. 7 gezeigten Diagramm 70 ist zunächst ein Anstieg der Temperatur gemäß einer berechneten Aufheizphase 73 durch das periodische Scannen der Oberfläche 6a des Bauteils 6 zu erkennen. In dieser Aufheizphase 73 wird die Oberfläche 6a von einer Umgebungstemperatur auf eine Temperatur in dem Zieltem- peraturbereich TZ aufgeheizt. Der Zieltemperaturbereich TZ liegt zwischen der weiter oben diskutierten Temperaturober- grenze T1 und Temperaturuntergrenze T2 des Zieltemperaturbe- reichs. Anschließend zeigt das Diagramm 70 in Fig. 7 eine Abkühlphase 74, in welcher die Oberfläche 6a bis zu der Umge- bungstemperatur abkühlt. Die Aufheizphase 73 und/oder die Abkühlphase 74 kann insbeson- dere basierend auf der Heizfrequenz 12 berechnet werden, so dass eine mittlere Oberflächentemperatur der bestrahlten Ober- fläche 6a des Bauteils 6 einem vorbestimmten zeitlichen Tem- peraturverlauf folgt. So kann insbesondere die Abkühlphase 74 verlangsamt werden, um beispielsweise einen Grad der Kristal- lisation besser kontrollieren zu können. Fig. 8 zeigt ein schematisches Diagramm 80 zu einem Verfahren einer Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Bauteils 6 ge- mäß einer weiteren Ausführungsform. In dem in Fig. 8 gezeigten Diagramm 80 ist zusätzlich noch eine stationäre Phase 81 gezeigt, in welcher das Bauteil 6 auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur im Zieltemperatur- bereich TZ gehalten wird. Dies kann je nach Anwendung den gewünschten Effekt der Wärmebehandlung, beispielsweise die Re- duzierung der Eigenspannungen, verstärken. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh- rungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Obwohl beispielsweise einige der oben beschriebenen Ausfüh- rungsformen einen Strahldurchmesser 14 mit einbeziehen, ist damit nicht zwangsläufig ein rundes Strahlprofil verbunden. In einigen Ausführungsformen kann dies auch ein quadratisches Profil, beispielsweise mit einer Top-Hat Intensitätsvertei- lung, sein, wobei der Strahldurchmesser 14 auf der Oberfläche 6a dann im Wesentlichen den Bereichen hoher Intensität ent- spricht.
Bezugszeichenliste 1 Vorrichtung zur Wärmebehandlung 2 Laser 3 Strahlsteuerungseinrichtung 3a Scanspiegel 4 Steuerungseinrichtung 4a Speicher 4b Prozessor 5 Laserstrahl 6 Bauteil 6a Bestrahlte Oberfläche des Bauteils 6b Additiv gefertigter Abschnitt des Bauteils 7 Basisplatte 10 Laserstrahlleistung 11 Scanstrecke 12 Heizfrequenz 13 Scangeschwindigkeit 14 Laserstrahldurchmesser auf der bestrahlten Oberflä- che 20 Hatching 31 Scanvektor 40 Kantenvektor 41 Kante des Bauteils 50 Verbindungsbrücke 51 Teilbereiche der bestrahlten Oberfläche bei der Ver- bindungsbrücke 52 Brückenvektor 60 Hatching mit zwei Laserstrahl-Scanstrecken 60a Scanstrecke/Hatching des ersten Lasers 60b Scanstrecke/Hatching des zweiten Lasers 61a Scanvektor des ersten Laserstrahls 61b Scanvektor des zweiten Laserstrahls 62a Strahldurchmesser des ersten Laserstrahls 62b Strahldurchmesser des zweiten Laserstrahls 70 Diagramm zum Wärmeverhalten (ohne stationäre Phase) 71 Zeitachse 72 Temperaturachse 73 Aufheizphase 74 Abkühlphase 80 Diagramm zum Wärmeverhalten (ohne stationäre Phase) 81 Stationäre Phase DS Scanabstand DB Breite der Brückenverbindung H Bauhöhe des Bauteils T1 Temperaturobergrenze des Zieltemperaturbereichs T2 Temperaturuntergrenze des Zieltemperaturbereichs TZ Zieltemperaturbereich S1 Verfahrensschritt der Wärmebehandlung S2 Verfahrensschritt der Wärmebehandlung S10 Verfahrensschritt der additiven Fertigung S11 Verfahrensschritt der additiven Fertigung

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Wärmebehandlung eines additiv gefertigten Ab- schnitts (6b) eines Bauteils (6), mit den Schritten: Berechnen (S1) von Parametern bezüglich einer Bestrahlung ei- ner Oberfläche (6a) des additiv gefertigten Abschnitts (6b) des Bauteils (6) mit zumindest einem Laserstrahl (5) zur Wär- mebehandlung des Bauteils (6), wobei die Parameter zumindest eine Laserstrahlleistung (10) entlang einer Scanstrecke (11) auf der Oberfläche (6a) des Bauteils (6) umfassen, wobei die Parameter derart berechnet werden, um den additiv gefertigten Abschnitt (6b) der Oberfläche (6a) auf einen Zieltemperatur- bereich (TZ) aufzuheizen, wobei eine Temperaturobergrenze (T1) des Zieltemperaturbereichs (TZ) unterhalb der Schmelztempera- tur des für das Bauteil (6) verwendeten Materials liegt; Ansteuern (S2) zumindest eines Lasers (2) und einer Strahl- steuerungseinrichtung (3) zum periodischen Scannen der Ober- fläche (6a) mit dem zumindest einen Laserstrahl (5) gemäß der berechneten Laserstrahlleistung (10) entlang der berechneten Scanstrecke (11).
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 das Berechnen der Parameter das Bestimmen einer Heizfre- quenz (12) vorsieht, welche ein Durchlaufen der Scanstrecke (11) pro Zeiteinheit angibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Berechnen der Parameter zumindest eine Scangeschwin- digkeit (13) mitberücksichtigt, welche der Scanstrecke (11) zugeordnet ist, wobei eine maximale Scangeschwindigkeit (13) mindestens 10 m/s beträgt, wobei die Scangeschwindigkeit (13) entlang der Scanstrecke (11) insbesondere im Bereich von 10 m/s und 30 m/s ist.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Berechnen von Parametern das Berechnen eines Laser- strahldurchmessers (14) auf der bestrahlten Oberfläche (6a) des Bauteils 6 umfasst, und das Ansteuern der Strahlsteue- rungseinrichtung (3) ein Ansteuern einer Fokussieroptik gemäß dem berechneten Strahldurchmesser (14) vorsieht, wobei ein ma- ximaler Strahldurchmesser (14) auf der Oberfläche (6a) des Bauteils (6) insbesondere mindestens 500 µm beträgt.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Berechnen der Laserstrahlleistung (10) auf der be- strahlten Oberfläche (6a) ein umgebendes Volumen, insbesondere eine lokale Bauhöhe (H) des Bauteils (6), und insbesondere ein Wärmeableitungsvermögen eines bestrahlten Teilbereichs abhän- gig von der lokalen Bauhöhe (H) an dem bestrahlten Teilbereich, mitberücksichtigt.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Berechnen der Scanstrecke (11) das Berechnen eines Hatchings (20) umfasst, welches einen Scanabstand (DS) von parallel oder antiparallel angeordneten Scanvektoren (31) auf- weist, wobei der Scanvektor (31) insbesondere ein durch nur eine Bewegung eines optischen Elements der Strahlsteuerungs- einrichtung (3) beschreibbarer Scanteilstrecke der Scanstrecke (11) darstellt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Berechnen des Hatchings (20) eine Beschleunigung der Ablenkoptik mitberücksichtigt, und das Berechnen der Laser- strahlleistung (10) eine Anpassung der Laserstrahlleistung (10) abhängig von der Beschleunigung vorsieht.
8. Verfahren nach Anspruch 4 und 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Berechnen des Strahldurchmessers (14), der Strahl- leistung (10) und des Hatchings (20) basierend auf einer geo- metrischen Form der bestrahlten Oberfläche (6a) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der Bestrahlung eines Teilbereichs der Oberfläche (6a), welcher kleiner ist als eine Summe eines nominalen Strahldurchmessers und eines nominalen Scanabstandes (DS) des Hatchings (20) die Laserstrahlleistung (10), der Strahldurch- messer (14) und/oder der Scanabstand (DS) reduziert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der Bestrahlung eines Teilbereichs der Oberfläche (6a), welcher kleiner ist als eine Summe eines nominalen Strahldurchmessers und eines nominalen Scanabstandes des Hat- chings (20) ist, die Bestrahlung gemäß einem Kantenvektor (40) erfolgt, wobei die Richtung des Kantenvektors (40) gemäß geo- metrischen Kanten (41) des Teilbereichs verläuft.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der Bestrahlung einer Verbindungsbrücke (50), welche zwei Teilbereiche (51) der Oberfläche miteinander verbindet und eine minimale Breite kleiner des doppelten Scanabstands (DS) aufweist, die Bestrahlung gemäß einem Brückenvektor (52) erfolgt, welcher längsseitig mittig entlang der Verbindungs- brücke (50) verläuft.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ansteuern der Strahlsteuerungseinrichtung (3) das Ausrichten einer Ablenkoptik der Strahlsteuerungseinrichtung (3) zur Steuerung einer Laserstrahlrichtung gemäß der Scan- strecke (11) auf der Oberfläche (6a) des Bauteils (6) vorsieht.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Berechnen der Parameter eine Mehrzahl von Laserstrah- len (5) vorsieht, und dass der Schritt des Ansteuerns das Ansteuern einer Mehrzahl von Lasern (2) vorsieht.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Berechnen der Parameter und das Ansteuern der Strahl- steuerungseinrichtung (3s) zur Steuerung der Laserstrahlen (5) eine Bestrahlung im Wesentlichen gleicher Teilbereiche der Oberfläche mit der Mehrzahl der Laserstrahlen (5) vorsieht, wobei jeweilige Scanstrecken (11s) der Mehrzahl der Laser- strahlen (5), insbesondere in vorbestimmten Intervallen, zeit- lich miteinander synchronisiert werden.
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Berechnen der Parameter und das periodische Scannen der Oberfläche (6a) des Bauteils (6) eine Aufheizphase (73), in welcher die Oberfläche von einer Umgebungstemperatur auf eine Temperatur innerhalb des Zieltemperaturbereichs (TZ) auf- geheizt wird, eine Abkühlphase (74), in welcher die Oberfläche (6a) bis zu der Umgebungstemperatur abkühlt, und insbesondere eine stationäre Phase (80), in welcher das Bauteil (6) auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur innerhalb des Zieltemperaturbereichs (TZ) gehalten wird, umfasst.
16. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Berechnen zumindest einer der Aufheizphase (73) oder der Abkühlphase (74) derart erfolgt, dass eine mittlere Ober- flächentemperatur der bestrahlten Oberfläche (6a) des Bauteils (6) einen vorbestimmten zeitlichen Temperaturverlauf folgt.
17. Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils, mit den Schritten: Bereitstellen einer Basisplatte (7), eines Lasers (2) und ei- ner Strahlsteuerungseinrichtung (3) zur Richtungssteuerung ei- nes von dem Laser (2) emittierten Laserstrahls (5) zum 3D- Drucken; Fertigen zumindest einer additiv aufgetragenen Schicht auf der Basisplatte (7) unter Verwendung des Laserstrahls (5) zum Schmelzen von aufgetragenem Pulvermaterial; Wärmenachbehandlung des Bauteils (6) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
18. Vorrichtung (1) zur Wärmebehandlung eines additiv gefer- tigten Abschnitts (6b) eines Bauteils (6), insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit einem Laser (2), welcher bei einer Bestrahlung einer Ober- fläche (6a) des Bauteils (6) mit einem von dem Laser (2) emit- tierten Laserstrahl (5) zum Erzeugen eines Wärmeeintrags aus- gebildet ist, mit einer Strahlsteuerungseinrichtung (3) zur Steuerung des von dem Laser (2) emittierten Laserstrahl (5) auf der Oberflä- che (6a) des Bauteils (6), mit einer mit dem Laser (2) und der Strahlsteuerungseinrich- tung (3) verbundenen Steuerungseinrichtung (4), welche zumin- dest einen Computer-lesbaren Speicher (4a) und einen Prozessor (4b) aufweist, wobei der Computer-lesbare Speicher (4a) Daten über eine Be- schaffenheit und eine Position des Bauteils (6) enthält; wobei der Prozessor (4b) dazu ausgelegt ist, basierend auf den im Speicher (4a) enthaltenen Daten Parameter bezüglich eines periodischen Scannens der Oberfläche (6a) mit dem zumindest einen Laserstrahl (2) zur Wärmebehandlung des Bauteils (6) zu berechnen, wobei die Parameter zumindest eine Laserstrahlleis- tung (10) und eine Scanstrecke (11) auf der Oberfläche (6a) umfassen, wobei der Prozessor (4b) ausgelegt ist, das perio- dische Scannen derart zu berechnen, um den additiv gefertigten Abschnitt (6b) der Oberfläche (6a) auf einen Zieltemperatur- bereich (TZ) aufzuheizen, wobei eine Temperaturobergrenze (T1) des Zieltemperaturbereichs (TZ) unterhalb der Schmelztempera- tur des für das Bauteil (6) verwendeten Materials liegt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Parameter zumindest eine Heizfrequenz (12), welche ein Durchlaufen der Scanstrecke (11) pro Zeiteinheit angibt, umfassen.
20. Computerprogramm umfassend Befehle, die bewirken, dass eine Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 18 oder 19 die Verfahrens- schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausführt.
21. Computer-lesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 20 gespeichert ist.
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