CN100589901C - 用于制造三维产品的装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于制造三维产品的装置，该装置包括：工作台，在该工作台上构造所述三维产品；设置成将粉末的薄层施加到工作台上以产生粉末层的粉末分配器；用于将能量传送给粉末从而使粉末熔化的辐射枪；该装置还包括壳体，该壳体内部的压力相对于大气压力被减小，并且工作台和辐射枪位于该壳体内部，其中：粉末分配器或者连接到粉末分配器上的供给管部分地设置在壳体外部。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造三维产品的装置，该装置包括：工作台，在该工作台上构造所述三维产品；设置成将粉末的薄层施加到工作台以产生粉末层的粉末分配器；用于将能量传送给粉末从而使粉末发生熔化的辐射枪。该装置还包括壳体，该壳体内部的压力相对于大气压力被减小，并且工作台和辐射枪位于该壳体内部。
背景技术
例如，在US4863538中，已经知道通过连续熔化在工作台上施加的粉末层的所选部分而制造三维产品的装置。该装置包括在其上构造所述三维产品的工作台、设置成将粉末的薄层施加到工作台以产生粉末层的粉末分配器、用于将能量传送到粉末并由此发生粉末熔化的辐射枪，用于将通过所述粉末层上的辐射枪发射的辐射导向以通过熔化所述粉末层的部分来产生所述三维产品的横截面的装置以及其中储存三维产品连续横截面的信息的控制计算机。通过熔化连续施加的粉末层的所选部分来构造三维产品。控制计算机试图控制用于使由粉末层上的辐射枪根据操作计划产生的辐射偏转的装置，其中该操作计划再生预定图形。当根据操作计划熔化粉末层的所需面积时，就已经产生了三维体的横截面。通过连续熔化通过粉末分配器连续施加的粉末层中连续产生的横截面而产生三维产品。
根据US4863538的装置被设计用于以各种材料制造三维体，例如金属或塑料。然而，用某些材料将引起问题和具有不想要的副作用。因此这样设计了装置，即它包括一壳体，在该壳体内部设置工作台、粉末分配器和辐射枪。在壳体内压力被减小，从而产生真空。用这种方法来避免副作用。
然而，在粉末分配器中产生与补充粉末有关的问题。为了补充粉末，必须打开真空室，然后补充粉末、关闭真空室并重新产生真空。该过程引起制造工艺中的中断。另外，可以冷却工作台上的产品。其中这意味着不同层的熔化受到损害，因此粉末的下一层的粘结不很牢固。在产品中可能产生裂纹。
因此需要解决在装置中与填充粉末有关的问题。
发明内容
利用本发明通过使用部分设置在壳体外的粉末分配器来解决上述问题。根据本发明，这是通过将一部分粉末分配器设置在壳体外且将另一部分设置在壳体内而设置的。用这种方式，在不需中断制造工艺的情况下可以将粉末添加到粉末分配器。
根据本发明，提供了一种用于制造三维产品的装置，该装置包括：工作台，在该工作台上构造所述三维产品；设置成将粉末的薄层施加到工作台上以产生粉末层的粉末分配器；用于将能量传送给粉末从而使粉末熔化的辐射枪。该装置还包括壳体，该壳体内部的压力相对于大气压力被减小，并且工作台和辐射枪位于该壳体内部。粉末分配器或者连接到粉末分配器上的供给管部分地设置在壳体外部。
对于本发明，供给管通过壳体壁与当粉末分配器通过壳体壁一样具有相同的效果。其中粉末分配器设置在壳体内但连接到通过壳体的供给管的实施方式也由本发明覆盖。
为了帮助防止压力升高，根据本发明的装置包括用于阻止粉末分配器与影响壳体内的压力条件的环境接触的装置。用于保持壳体内的压力条件的装置例如可以是粉末分配器内的粉末柱。用于保持壳体内的压力条件的另一种装置是给粉末分配器提供带阀的罩。例如，该带阀的罩可以设置在粉末分配器的顶部或底部。为了保持壳体内的压力条件，当使用时粉末分配器恒定具有某一高度的粉末柱是重要的。粉末柱优选具有1000mm的高度。对于具有大约140mm直径的粉末柱，当粉末具有执行下面的参数的颗粒尺寸时，1000mm高的粉末柱足够保持压力条件。没有颗粒具有超过106微米的直径，仅有一些颗粒具有小于40微米的直径。大多数的颗粒(大于50％)具有80微米的直径。
根据本发明的实施例，该装置包括封装工作台的第一室和封装辐射枪的第二室，这些室位于壳体内并且彼此通过管道连接。粉末分配器优选地与第一室相关联地设置。
根据本发明的实施例，该装置包括具有隔板的容器形式的供给装置，该隔板可以移动从而使得粉末可以从不同的隔板提供给粉末分配器。
附图简介
图1示出了根据本发明实施例的装置的横截面图。
图2示出了根据本发明实施例的装置的横截面图。
图3示出了来自不同的观察点的根据图2的实施例。
具体实施方式
图1以横截面示出一般由1表示的三维产品的生产装置。该装置包括在其上构造所述三维产品3的工作台2、粉末分配器4以及设置成将粉末的薄层施加到工作台2以产生粉末层5的设备28、用于将能量传送到粉末从而使部分粉末层熔化的辐射枪6、用于将由辐射枪6横跨所述工作台发射的辐射导向以通过熔化所述粉末来产生所述三维产品的横截面的装置7以及其中储存关于三维产品连续横截面的信息的控制计算机8，该横截面构成了三维产品。在工作周期期间，根据所示的实施例，在施加每个粉末层后，相对于辐射枪逐渐降低工作台。为了使这种运动成为可能，在本发明的优选实施例中，将工作台设置成在垂直方向移动，即以箭头P表示的方向移动。这意味着工作台在初始位置2’开始，在该位置施加必要厚度的第一层粉末。为了不破坏下面的工作台，并为了该层具有足够的质量，该层被制造成比施加在其上面的其它层厚，由此避免该第一层完全熔化。此后，与施加的新一层粉末相关地下降工作台，以产生三维产品的横截面。为此目的，在本发明的实施例中，工作台支撑在包括至少一个具有齿牙11的齿条10的立柱9上。具有齿轮13的步进或伺服电机12将工作台设定在所需高度。也可以使用本领域技术人员公知的其它装置来设定工作台的工作高度。例如，可以使用调距螺杆来代替齿轮。根据本发明的可选实施例，可以逐渐升高装置中用于施加粉末的装置来代替上面实施例所述的降低工作台。
将设备28设置成与粉末分配器相互作用以用于补充材料。另外，设备28设置成利用伺服电机(未示出)通过公知的方法扫过工作表面，其中伺服电机使设备28沿着导轨29移动，而导轨29沿粉末层移动。
当施加新的一层粉末时，粉末层的厚度将由工作台相对于以前的层下降了多少而确定。这意味着层的厚度可以按照需要变化。因此在横截面在相邻层之间具有很大变化的情况下，可以制造较薄的层，由此获得较高的表面光洁度，而当形状具有微小或没有变化时，使层具有最大的用于辐射的熔透厚度。
在本发明的优选实施例中，辐射枪6由电子枪构成，用于将辐射枪的辐射导向的装置7由偏转线圈7”构成。偏转线圈7”产生磁场，该磁场导向由电子枪产生的辐射，由此可以获得粉末层的表面层在所需位置的熔化。
另外，辐射枪包括高压电路20，该高压电路20以公知方式给辐射枪提供加速电压，用于在辐射枪中设置的发射电极。发射电极以公知的方式连接到电源22，电源22用于加热其上发射电子的发射电极21。辐射枪的功能和组成对本领域的技术人员是很公知的。
根据为要熔化的每层制定的操作计划，控制计算机8控制偏转线圈，由此可以获得根据所需的操作计划的辐射导向。
另外，至少具有一个聚焦线圈7’，它设置成将辐射聚焦在工作台上的粉末层的表面上。可以以本领域技术人员公知的多种方式设置偏转线圈和聚焦线圈。
该装置被封装在壳体15中，该壳体15封装有辐射枪6和粉末层2。壳体15包括封装有粉末层的第一室23和封装有辐射枪6的第二室24。第一室23和第二室24通过管道25彼此连接，该管道能够发射电子，为了撞击在工作台2上的粉末层，在第二室中电子在高压电场中加速并继续进入第一室。
以这样一种方式设置粉末分配器4，从而其通过部分设置在壳体15外侧和部分设置在壳体内侧与环境接触。粉末分配器4的第一部分4a设置在第一室23，第二部分4b设置在壳体15的外侧。可以分批或连续补充粉末分配器4，而无需打开壳体15和中断制造工艺。
可以以各种方式进行给粉末分配器4的粉末供给。根据一个实施例(图中未示出)，使用粉末分配器上的螺杆(screw)来供给粉末。根据另一个实施例(图中未示出)，通过具有可移动隔板的容器将粉末提供给分配器4。可移动隔板可以以这样的方式移动，即从分配器开口移开空的隔板，并由满的隔板替换，由此继续给分配器4填充粉末。
在一个实施例中，第一室连接到真空泵26，真空泵26将第一室23中的压力降低到优选大约10-3-10-5mBar的压力。第二室优选连接到真空泵27，真空泵27将第二室24中的压力降低到优选大约10-4-10-6mBar的压力。在可选实施例中，第一室和第二室都可连接到相同的真空泵。
为了保持由真空泵26、27在壳体15内产生的真空，或者仅使压力不显著提高，粉末分配器4具有粉末30的柱(column)是重要的。尽管有粉末30的柱，但引起的压力增加被真空泵26、27抵消。要求抵消压力增加的动力通常为最大动力的1/100到1/20左右，其中需要该最大动力在壳体15中产生初始真空。
另外，控制计算机8优选连接到辐射枪6上以便控制辐射枪的发射能量，并且连接到步进电机12以便设定在粉末层的每次连续施加之间的工作台2的高度位置，由此粉末的单个层的厚度可以变化。
另外，将控制计算机连接到所述设备28，以便将粉末施加到工作表面上。该设备设置成扫过工作表面，由此施加粉末层。设备28由伺服电机(未示出)驱动，而伺服电机由所述的控制计算机8控制。控制计算机控制扫过的长度，并确保当需要时补充粉末。为此目的，在设备28中设置负载传感器，由此控制计算机可以获得设备为空的执行信息。
图2示出了根据本发明的装置1的横截面图。根据图2的装置1对应于根据图1的装置，除了图2中的装置另外具有用于将粉末提供给粉末分配器4的供给设备31和固定设备32。供给设备31由设置在粉末分配器4上面的容器构成。
图3示出从图2左侧看的根据图2的装置1。换句话说，在图3中装置1相对于图2向右旋转90度。图3中的装置1为以横截面示出。供给装置31具有大量的隔板，并设置成能够在固定设备32上移动。以这种方式，当隔板为空时，供给装置31能够从左向右移动，反之亦然，以便能够从满的隔板补充粉末分配器4。
所描述的实施例仅构成如何实施本发明的一个例子。在权利要求书中所描述的框架内，其它实施例也是可以的。例如，装置可以具有多于一个的粉末分配器。
Claims (7)
1、一种用于制造三维产品的装置，该装置包括：工作台，在该工作台上构造所述三维产品；设置成将粉末的薄层施加到工作台上以产生粉末层的粉末分配器；用于将能量传送给粉末从而使粉末熔化的辐射枪；该装置还包括壳体，该壳体内部的压力相对于大气压力被减小，并且工作台和辐射枪位于该壳体内部，其特征在于：粉末分配器或者连接到粉末分配器上的供给管部分地设置在壳体外部。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于：它包括用于防止粉末分配器与影响壳体内的压力条件的环境接触的装置，其中所述用于保持壳体内压力条件的装置是粉末分配器内的粉末柱或者为粉末分配器提供带阀的罩。
3、如权利要求2所述的装置，其特征在于：用于保持壳体内的压力条件的装置是粉末分配器中的粉末柱。
4、如权利要求3所述的装置，其特征在于：粉末柱具有1000mm的高度。
5、如上面权利要求的任何一项所述的装置，其特征在于：它包括封装工作台的第一室(23)和封装辐射枪(6)的第二室(24)，所述室(23，24)位于壳体内并且通过管道(25)彼此连接。
6、如权利要求5所述的装置，其特征在于：粉末分配器与第一室相关联设置。
7、如权利要求1-4中任何一项所述的装置，其特征在于：它包括具有隔板的容器形式的供给装置(31)，该隔板可以移动使得粉末可以从不同的隔板提供给粉末分配器(4)。
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