Python Modules – Berechnung von Schicht- und Scanpfaden

Kapitel 01Was Sie mit dem Python-Paket berechnen

Das derzeit konfigurierte Python-Paket enthält python-additive, das Modul „Additive Fertigung – Schichtschraffur“. Es schneidet ein hochgeladenes Dreiecksnetz und erzeugt in diesem zweidimensionalen Schnitt Kontur- und Schraffurpfade. Sie können Schnittlage, Winkel, Abstand und ausgewählte Prozessparameter verändern und die Folgen für Pfadzahl, Pfadlänge und die angezeigte Scanzeit untersuchen.

Dieses Handbuch richtet sich an Anwender des Moduls. Für die Bedienung müssen Sie keine Python-Dateien bearbeiten. Die Entwicklung neuer Python-Module ist ein eigener Arbeitsablauf; ein neu erstelltes Modul benötigt seine eigene fachliche Prüfung und Anleitung. Im vorliegenden Paket ist keine zusätzliche, automatisch verfügbare Sammlung beliebiger Python-Berechnungen nachgewiesen.

Die Ergebnisse richtig einordnen

• Die Schnittfläche beschreibt die gewählte Ebene innerhalb des Netzes, nicht die Oberfläche oder das Volumen des ganzen Bauteils.
• Die Ergebnis-Pfadlänge summiert im geprüften Quellstand nur die Schraffursegmente. Konturpfade sind zusätzlich in der Darstellung enthalten.
• Die Ergebnis-Scanzeit folgt aus Schraffurlänge geteilt durch Schraffurgeschwindigkeit. Sie ist keine gesamte Schicht- oder Bauzeit.
• Die farbige Risikoansicht ist ein vereinfachtes, pfadbasiertes Bewertungsmodell. Sie ersetzt keine validierte thermische Prozesssimulation und keine Freigabe von Maschinenparametern.

Der Lehrfall verwendet einen eigens erzeugten Quader von 20 × 12 × 4 mm. Der unveränderte Berechnungscode wurde damit in einer isolierten Python-Umgebung ausgeführt. Die Zahlen und Pfadbilder sind echte Ergebnisse dieser Quellausführung; der Web-Upload und eine vollständige Browser-Berechnung wurden dabei nicht ausgeführt.

Kapitel 02Modul öffnen und Arbeitsbereich verstehen

Öffnen Sie den Modulbrowser und suchen Sie nach python-additive oder der angezeigten Bezeichnung zur additiven Fertigung. Ob der Eintrag in Ihrer Installation erscheint, hängt von deren Python-Modulbestand und Laufzeit ab. Der Name ist in der lokalen Python-Modulbeschreibung nachgewiesen; er fehlt im allgemeinen alten Maskenkatalog und darf deshalb dort nicht durch eine erfundene Aliaskennung ersetzt werden.

Drei Bereiche gehören zusammen

1. Netzdatei: Der Uploadbereich nimmt eine STL- oder OBJ-Datei entgegen. Nach dem Laden zeigt er den Dateinamen und die erkannten geometrischen Grenzen.
2. Parameter: Die Eingabefelder beschreiben Schnitt, Schraffur, Kontur, Schicht und Darstellungsannahmen.
3. Ergebnis und Grafik: Vier Ergebnisgrößen und die interaktive Pfad-/Risikoansicht zeigen die Auswertung der zuletzt erfolgreich berechneten Vorgaben.

Arbeiten Sie in einem eigenen Projekt und einer eindeutig erkennbaren Modulinstanz. Wenn mehrere Additive-Kapitel offen sind, vergleichen Sie vor dem Dateiladen den aktiven Kapitelnamen. Eine erfolgreich geladene Datei in einer anderen Instanz ist kein Nachweis für das aktuelle Kapitel.

Kapitel 03Geometrie, Maßstab und Schnittebene

Laden Sie die Demo-STL des Quaders. Sie enthält ausschließlich die selbst erzeugte Lehrgeometrie. Die erwarteten Grenzen sind X = 0…20 mm, Y = 0…12 mm und Z = 0…4 mm. Prüfen Sie diese Grenzen vor dem ersten Ergebnis. Ein Netz mit um den Faktor 1 000 falschem Maßstab kann trotzdem eine mathematisch schneidbare Geometrie enthalten.

Die Schnittwahl V1 bedeutet: X-Ebene erzeugt einen YZ-Schnitt, Y-Ebene einen XZ-Schnitt und Z-Ebene einen XY-Schnitt. V2 ist die Position entlang der Normalenrichtung. Für den Quader ist Z = 2 mm ein mittiger, nicht entarteter Schnitt. Eine Position Z = 5 mm liegt außerhalb und wird im dokumentierten Lauf abgewiesen.

Warum die Grafik andere Koordinaten zeigt

Die Berechnung überführt den räumlichen Schnitt in lokale zweidimensionale Koordinaten. Der mittige Quaderschnitt erscheint deshalb im Pfadbild um den lokalen Ursprung, etwa von −10 bis +10 und −6 bis +6 mm. Das verschiebt nicht das hochgeladene Bauteil. Lesen Sie die Schnittlage aus der Eingabe und die Pfadpositionen im Bezugssystem der Grafik.

STL und OBJ werden im Upload angeboten; die Größenanzeige verwendet Millimeter. Der Uploaddienst prüft Dateiendung und eine Grenze von 50 MiB. Eine formal akzeptierte Datei kann dennoch offene Flächen, unpassende Einheiten oder keinen gültigen Schnitt enthalten. Für eine erste Untersuchung eignet sich ein einzelnes geschlossenes Netz mit bekannten Grenzen besser als eine ungeprüfte Baugruppe.

Kapitel 04Die Eingaben vollständig und mit Einheiten setzen

Die Parameter dieses Python-Moduls haben fest deklarierte Eingabe- und Ausgaberollen. Nutzen Sie den Feldanhang, um eine Vorgabe von einem Ergebnis zu unterscheiden. Die freie Rollenverteilung mancher klassischer LV-Gleichungsmodule ist hier nicht automatisch gegeben. Insbesondere sind V12 bis V15 Ergebnisse; eine Zielzeit wird über die Scangeschwindigkeit bearbeitet.

Die vollständige Eingabetabelle des Lehrfalls lautet:

Die wichtigsten Einheitenfallen

• Die Schichtdicke V9 verwendet Mikrometer: 40 µm sind 0,04 mm. Tragen Sie nicht versehentlich 0,04 in ein Feld mit µm ein.
• Strahldurchmesser, Schraffurabstand und Schnittposition stehen in mm; Scangeschwindigkeiten in mm/s.
• Laserleistungen stehen in W. Leistung und Energie sind keine austauschbaren Größen.
• Winkel ist eine geometrische Vorgabe; Materialauswahl und Strahldurchmesser verändern die thermische Darstellungsannahme, nicht automatisch die festen Konturoffsets.

Die Prozesszahlen sind bewusst Lehrparameter zur Softwareuntersuchung. Aus diesem Datensatz folgt keine geeignete Maschinenstrategie für Inconel 718 oder AlSi10Mg. Übernehmen Sie ihn nicht als Fertigungsfreigabe.

Kapitel 05Erste Rechnung: eine Schicht des Quaders

Das Ziel ist, Geometrie und Auswertung zuerst an einem leicht überprüfbaren Schnitt zu verstehen. Ein Quader ohne Löcher oder Überhänge erleichtert die Kontrolle: Die Schnittfläche muss 20 × 12 = 240 mm² betragen, unabhängig von Schraffurwinkel oder Geschwindigkeit.

1. Öffnen Sie das eigene Additive-Kapitel und laden Sie die Demo-STL.
2. Kontrollieren Sie die Grenzen 20 × 12 × 4 mm.
3. Setzen Sie Z-Ebene und Z = 2 mm, anschließend sämtliche Werte aus dem Eingabekapitel.
4. Bestätigen Sie die Eingaben und warten Sie auf einen abgeschlossenen, fehlerfreien Rechenzustand.
5. Prüfen Sie zuerst V15, dann die Pfaddarstellung und schließlich V12/V13/V14.
6. Vergleichen Sie nur bei übereinstimmender Geometrie und Parameterbasis mit der Referenztabelle.

Die Referenzwerte wurden am 7. September 2026 durch direkte Ausführung des unveränderten Modulcodes ermittelt. Interpreter, Abhängigkeiten und Quellprüfsumme sind im Laufbericht festgehalten. Der Bericht ist keine Aussage darüber, welche Python-Paketversionen auf Ihrem Web-Server installiert sind.

Im Basisfall entstehen 38 Schraffursegmente und 433,2 mm Schraffurlänge. Bei 1 000 mm/s ergibt sich daraus 0,4332 s. Die Flächenkontrolle und diese einfache Zeitkontrolle sind unabhängig nachvollziehbar. Die genaue Segmentzahl hängt außerdem von Konturoffsets, Randbehandlung und der Bibliotheksversion ab.

Kapitel 06Winkel, Abstand und Geschwindigkeit vergleichen

Gehen Sie nach jeder Änderung wieder vom Basisdatensatz aus. So bleibt sichtbar, welche Wirkung zu welchem Parameter gehört. Das Beispiel enthält drei getrennte Varianten mit unverändertem Netz und gleicher Schnittebene.

Der Winkelvergleich zeigt, warum „Anzahl Linien × Bauteilbreite“ nicht allgemein genügt. Bei schrägen Pfaden treffen viele Linien den Rand nach unterschiedlich langen Strecken. Die tatsächliche Länge wird aus den einzelnen Segmenten summiert. Bei Bauteilen mit Löchern kann eine gedachte Schraffurlinie in mehrere getrennte Segmente zerfallen.

Vergleichen Sie neben den Kennzahlen die Konturen. Ein geringerer Zeitwert ist kein selbständiges Optimierungsziel, wenn dadurch Randüberdeckung oder Prozessanforderungen verfehlt werden. Halten Sie alle fest gelassenen Größen in der Variantentabelle fest, einschließlich Material, Laserleistungen und Schichtdicke.

Kapitel 07Eine Zielzeit über die Geschwindigkeit untersuchen

Sie möchten wissen, welche Schraffurgeschwindigkeit zur gewünschten ausgewiesenen Scanzeit passt. Lassen Sie Netz, Schnitt, Winkel und Abstand unverändert. Dann bleibt die Schraffurlänge L im hier verwendeten Rechenweg konstant und die algebraische Beziehung lautet v = L / t.

Für den Basisfall mit L = 433,2 mm und einer Zielzeit von 0,8664 s folgt v = 500 mm/s. Tragen Sie diese Geschwindigkeit in V5 ein und rechnen Sie nach. Der ausgeführte Vergleich bestätigt 0,8664 s bei unveränderter Länge. Sie haben dabei die Eingabe angepasst; V14 wurde nicht zu einem frei vorgebbaren Solver-Eingang gemacht.

1. Notieren Sie die aktuelle Pfadlänge und sämtliche Geometrie-/Schraffurparameter.
2. Formulieren Sie eine positive Zielzeit für genau den ausgewiesenen Zeitanteil.
3. Berechnen Sie v = L/t mit mm und s.
4. Setzen Sie V5 und prüfen Sie, ob die erzeugte Pfadlänge unverändert bleibt.
5. Bewerten Sie die geänderten Leistungs-/Geschwindigkeitsverhältnisse gesondert.

Kapitel 08Kontur, Schraffur und Zeitanteile unterscheiden

Das Bild enthält die geometrische Schnittgrenze, tatsächliche Kontur-Scanpfade und die Schraffur. Diese Linien erfüllen verschiedene Aufgaben. Die Schnittgrenze beschreibt die Geometrie. Die Konturen werden nach innen versetzt; die Schraffur füllt den verbleibenden Bereich. Deshalb reichen die Schraffursegmente nicht bis zur ursprünglichen Rechteckgrenze.

Im geprüften Quellstand sind zwei innere und eine äußere Kontur, 0,06 mm Spotkompensation und 0,08 mm zusätzlicher Schraffurversatz gesetzt. Diese Werte sind Implementierungsparameter und keine eigenen Eingabefelder des beschriebenen Moduls. V11 „Strahldurchmesser“ verändert sie nicht automatisch.

Was in V13 und V14 fehlt

V13 summiert ausschließlich die Schraffursegmente; V14 verwendet diese Länge und V5. Zeiten für Kontur-Scanpfade, Sprungbewegungen, Beschleunigungen, Einschwingvorgänge, Beschichter und weitere Schichten sind darin nicht als vollständige Maschinenzeit enthalten. V7 ist zwar die Konturgeschwindigkeit und beeinflusst die konturbezogene Energiedarstellung, sie wird aber nicht zur Addition einer Konturzeit in V14 verwendet.

Benennen Sie die Größe in Ihrem Bericht daher als „ausgewiesene Schraffurzeit“. Wenn Sie eine Maschinenzeit benötigen, müssen zusätzliche Zeitanteile und die tatsächliche Ablaufstrategie getrennt modelliert oder gemessen werden.

Kapitel 09Die Risikoansicht fachlich lesen

Die farbige Ansicht basiert auf den erzeugten Pfaden und deren Energiegewichtung. Die Beiträge der Schraffur und Kontur hängen unter anderem von P/v ab. Der Code verteilt diese Beiträge auf ein Raster und verwendet eine Gauß-Glättung als vereinfachte räumliche Ausbreitungsannahme. Daraus werden eine Energiedichteansicht und ein dimensionsloser Vergleichsindex gebildet.

Ein Index von ungefähr 1 bezeichnet den im Modell angesetzten nominalen Prozessbezug. Er ist keine Temperatur von 1 °C und kein allgemeiner Nachweis einer porenfreien Schmelze. Interne Namen wie temp_z sind ebenfalls kein Beleg einer physikalisch aufgelösten Temperaturrechnung. Beurteilen Sie die Größe nach der dokumentierten Berechnung, nicht allein nach Farben oder Variablennamen.

Material und Glättung

V10 wählt zwischen den im Quellstand hinterlegten Eigenschaftssätzen für Inconel 718 und AlSi10Mg. Temperaturabhängigkeit, Chargenunterschiede und Prozessfreigabe sind damit nicht vollständig abgedeckt. Aus Wärmeleitfähigkeit, Dichte, Wärmekapazität, Strahldurchmesser und Geschwindigkeit wird eine charakteristische Glättungsbreite ermittelt. V16 kann diese Breite ausdrücklich für die Darstellung überschreiben.

Im Lehrfall werden die vier numerischen Pfadergebnisse geprüft. Eine quantitative Validierung des Risikoindex gegen thermische Messungen oder einen Schmelzbadversuch wurde nicht durchgeführt.

Kapitel 10Überhänge und fehlende Zusatzkarten

V17 steuert die Überhang-Empfindlichkeit. Bei aktivierter Betrachtung untersucht der Code eine Unterstützung unterhalb der aktuellen Schicht und verwendet die Information als ergänzenden Faktor im Risikomodell. Im geprüften Quellstand beträgt die untersuchte Tiefe das Zehnfache der eingegebenen Schichtdicke. Bei 40 µm entspricht das 0,4 mm.

Der Lehrfall setzt V17 bewusst auf 0. Damit ist diese Zusatzbewertung ausgeschaltet und die Pfadkontrolle bleibt einfach. Der Quaderfall weist daher weder die Qualität einer Überhangbewertung noch die Eignung eines Stützkonzepts nach. Für eine entsprechende Erweiterung brauchen Sie eine passende Geometrie, definierte Aufbauorientierung und unabhängig prüfbare Erwartung.

Pfadergebnis und Zusatzkarte getrennt prüfen

Die Erstellung der Unterstützungskarte und der Hotspot-Karte ist im Code als zusätzlicher, nicht zwingend abbrechender Schritt behandelt. Eine fehlende Karte kann daher mit vorhandenen Pfadergebnissen zusammen auftreten. Prüfen Sie Hinweise und die tatsächlich dargestellten Ebenen. Ein erfolgreiches Pfadergebnis ist kein Beleg, dass jede Zusatzanalyse ebenfalls verfügbar war.

Wenn ein Vergleich nur nach Änderung von V17 stark anders aussieht, kontrollieren Sie zuerst Aufbauachse, Schnittposition und Schichtdicke. Eine visuelle Empfindlichkeit ersetzt keine mechanische Bewertung von Stützen oder Verzug.

Kapitel 11Grafik, Scan-Animation und CSV nutzen

Die Web-Oberfläche zeigt bei vorhandenen Plotdaten eine interaktive Darstellung. Nutzen Sie zunächst die Konturen und Schraffur, um den geometrischen Schnitt zu verstehen. Schalten Sie erst danach zwischen den angebotenen Karten oder Ebenen um. Halten Sie den Ausschnitt und die Skala beim Variantenvergleich gleich.

Die Schaltfläche „Scan“ startet die Darstellung der hinterlegten Pfadreihenfolge; „scan_path.csv“ exportiert Pfadinformationen. Im erzeugten Animationspfad werden Kontursegmente vor Schraffursegmenten angeordnet. Diese Darstellung ist von der berichteten Zeit V14 zu unterscheiden und beweist keine vollständig abgebildete Maschinenkinematik.

Vor der Weitergabe prüfen

1. Stimmt die Schnittlage mit dem betrachteten Fall überein?
2. Sind Kontur und Schraffur sichtbar oder wurde eine Ebene ausgeblendet?
3. Ist die aktive Farbkarte als Energiedichte bzw. Index verständlich benannt?
4. Sind Sigma-Override und Überhang-Empfindlichkeit dokumentiert?
5. Gehört die exportierte Datei zur letzten erfolgreichen Rechnung?

Die Bilder dieses Handbuchs zeigen die tatsächlich berechneten Pfadvektoren als unveränderte Originalplots der dokumentierten Quellausführung. Sie sind keine nachgebildeten Web-Masken. Die lokale zweidimensionale Achse ist ausdrücklich als Schnittkoordinate beschriftet.

Die tatsächliche Programmgrafik des Lehrfalls

123

Kapitel 12Projekt und Netzdatei gemeinsam sichern

Speichern Sie die Berechnung mit einem klaren Namen und bewahren Sie die ursprüngliche STL/OBJ-Datei zusätzlich auf. Der untersuchte Uploaddienst führt Netzdateien temporär und sitzungsbezogen. Daraus darf keine Garantie abgeleitet werden, dass eine gespeicherte Projektdatei die Geometrie dauerhaft eingebettet enthält.

1. Notieren Sie Modulversion, Netzname, Netzprüfsumme und geometrische Grenzen.
2. Speichern Sie alle Vorgaben aus dem Feldanhang mit ihren Einheiten.
3. Exportieren Sie die benötigten Pfaddaten und eine Grafik mit lesbarer Legende.
4. Öffnen Sie die Projektkopie erneut und prüfen Sie den Uploadbereich.
5. Fehlt die Netzdatei, laden Sie ausdrücklich dieselbe Originaldatei erneut.
6. Vergleichen Sie Schnittfläche, Pfadzahl, Länge und Zeit erst nach erneuter erfolgreicher Rechnung.

Ein vorhandenes altes Ergebnis bei fehlendem Netz reicht nicht zur Reproduzierbarkeit. Eine Netzdatei gleichen Namens kann außerdem andere Geometriebytes enthalten. Im Lehrfall fixiert deshalb die SHA-256-Prüfsumme das genaue Original.

Der vorliegende Nachweis umfasst direkte Quellausführung und statische Handbuchprüfung. Ein Speichern/Laden-Rundlauf im Web wurde nicht neu geprüft. Die Schritte oben beschreiben die Kontrolle für Ihren eigenen Projektstand.

Kapitel 13Typische Situationen gezielt lösen

Prüfen Sie zuerst die letzte erfolgreiche Eingabebasis. Ändern Sie für eine Diagnose nur einen Punkt und lesen Sie die Meldung nach dem nächsten Rechenversuch.

Kapitel 14Alle 17 Felder nachschlagen

Die Kennungen stammen aus der geprüften Python-Modulbeschreibung, Version 1.4.0. Die Werte werden nicht anhand eines veralteten Kommentars im Funktionskopf zugeordnet: Dort beginnt die alte Ergebniszählung früher; maßgeblich sind Modulbeschreibung und tatsächliche Ergebniszuweisung V12 bis V15.

Kapitel 15Quellen, Nachweise und nächste Lernschritte

Die Identität des einen konfigurierten Paketmitglieds wird durch seine Python-Modulbeschreibung und die Behandlung in der Web-Komponente belegt. Das Quellverzeichnis enthält die geprüften Dateien und Prüfsummen. Der Ausführungsbericht dokumentiert vier erfolgreiche Varianten, zwei kontrollierte Fehlerfälle sowie Interpreter und Bibliotheksversionen.

Die Ausführung verwendete den unveränderten Berechnungscode in einer eigenen lokalen Umgebung. Das ist stärker als ein bloß beschriebenes Zahlenbeispiel, bleibt aber auf diesen Ausführungspfad begrenzt: kein neuer Web-Upload, keine Browser-Berechnung, keine Maschinenansteuerung, keine thermische oder metallurgische Prozessvalidierung.

Primärquellen

• PySLM: Hatcher API — Konturoffsets, Schraffurabstand und Winkel.
• PySLM: Slicing and Hatching — Zusammenhang von geschlossenen Schnittgrenzen, Konturen und Schraffur.

Die Dokumentation der Bibliothek dient der Erklärung ihrer Rolle. Für dieses Beispiel gelten die im Ausführungsbericht festgehaltenen Versionen und die tatsächlich gesetzten Parameter. Der nächstfolgende sinnvolle Lehrfall ist eine kontrollierte Geometrie mit Loch oder Überhang, bevor Sie eine komplexe Baugruppe untersuchen.