CN101653827A - 制造三维形状物品的方法和装置及三维形状物品 - Google Patents

Abstract

一种用于制造三维形状物品的方法，包括以下步骤：(i)通过将光束照射在成形工作台上放置的粉末层的特定部分，烧结或熔化所述特定部分，形成固化层；(ii)通过在获得的固化层上放置新的粉末层并将光束照射在新的粉末层的特定部分，烧结或熔化新粉末层的特定部分，形成另一固化层；和(iii)重复步骤(ii)，以制造三维形状物品。当在腔室内执行步骤(i)至(iii)时，所述腔室内的至少一部分环境气体通过成形箱的气体通道从腔室内排出。

Description

制造三维形状物品的方法和装置及三维形状物品

技术领域

本发明涉及一种制造三维形状物品的方法，制造该物品的装置以及三维形状物品。更具体地，本发明涉及一种制造三维形状物品的方法，所述物品具有多个上下层叠的固化层，所述固化层是通过重复这样的步骤，即在粉末层的特定部分上照射光束而形成，本发明还涉及制造三维形状物品的装置以及由此得到的三维形状物品。

背景技术

传统地，存在一种已知的通过在粉末材料上照射光束来制造三维形状物品的方法，该方法通常被称为“选择性激光烧结或熔化”。利用该方法，通过重复下述两个步骤制造三维形状物品，(i)在粉末层的特定部分照射光束以烧结或熔化粉末层成为固化层，和(ii)在所述固化层上放置新的粉末层并用光束照射新粉末层的特定部分以形成另一固化层(见，日本平开No.H1-502890和2000-73108)。在使用金属粉末作为所述粉末材料时，得到的所述三维形状物品能够用作模制塑料物品的模具。在使用树脂粉末作为所述粉末材料时，得到的所述三维形状物品被用作塑料物品。这种制造方法使得在短时间内能够制造复杂形状的三维形状物品。

为了避免所述三维形状物品的氧化，在被保持特定惰性气体的腔室内执行所述制造。在所述腔室内安装粉末层形成单元、成形工作台等，粉末层和/或固化层放置在成形工作台上。光束照射单元安装在所述腔室内。从光束照射单元发出的光束穿过所述腔室的光传送窗口照射在粉末层的特定部分上。比如，如图1和13所示，腔室50设有光传送窗口52，通过这个窗口，光束L被照射进腔室50内。

当光束被照射到粉末层上烧结或熔化粉末时，被光照射过的部分产生被称为烟60的烟雾状物质(比如金属蒸汽或树脂蒸汽)，如图1所示。所述烟向上运动粘附到光传送窗口或者发生燃烧，这就降低光传送窗口的透光率。透光率的降低使得不可能获得所需的固化层，也不可能产生预定形状的物品。在使用金属粉末层作为所述粉末层的情况下，降低后的透光率导致不能稳定地烧结或者不能增加烧结密度。这就产生如下问题，即三维形状物品的强度降低。

另外，所述烟可能直接影响照射进所述腔室内的光束。更具体地，所述烟可能向上运动并且有时会中断光束路径，于是降低光束的照射量(即，照射在粉末层上的光束的量)。换句话说，令人担心的是，由于光束路径被向上运动的烟所中断，输送给粉末层的光束的能量可能小于特定的值。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种制造三维形状物品的方法，该方法能够尽可能地抑制烟的影响。

按照本发明的一方面，提供一种制造三维形状物品的方法，包括以下步骤：

(i)通过在放置于成形工作台上的粉末层特定部分上照射光束(比如，象激光束等的直接能量束)，烧结或熔化特定部分，形成固化层；

(ii)通过在获得的固化层上放置新的粉末层并且在新粉末层的特定部分上照射光束，烧结或熔化新粉末层的特定部分，形成另一固化层，和

(iii)重复步骤(ii)，制造三维形状的物品，

其中，当在所述腔室内执行所述步骤(i)至(iii)时，腔室内的至少一部分环境气体通过成形罐的气体通道从所述腔室排出。

在本发明的制造方法中，优选的是，通过成形工作台的气体通道排出所述环境气体，而且吸走并除掉来自所述腔室的至少一部分烟。

本发明的制造方法的特征在于，所述烟从所述腔室内被除掉而没有允许这些烟向上向高处运动。换句话说，本发明的制造方法的特征之一在于，在烟产生点之下存在的环境气体被排出。此处使用的术语“烟”指从被照射光束的粉末层和/或固化层上产生的烟雾状物质(比如，源自金属粉末材料的金属蒸汽或源自树脂粉末材料的树脂蒸汽)。

此处使用的术语“成形罐”实质上意味着其中制造所述成形物品的器皿，并指比如这样的容器，包括成形工作台20和用来围绕成形工作台20的罐壁27，如图5所示。

此处使用的术语“气体通道”实质指所述环境气体(具体地，环境气体包含烟)能够从中通过的通路(比如，开口部分)。此处使用的术语“流通”实质指允许液体或气体通过的连接状态。

此处使用的术语“粉末层”指比如金属粉末层或者树脂粉末层。术语“粉末层的特定部分”实质指描绘要制造的三维形状物品的区域。如果使光束照射在位于特定部分的粉末上，所述粉末要烧结或熔化称三维形状物品。术语“固化层”在所述粉末层为金属粉末层时实质指烧结层，在所述粉末层为树脂粉末层时指硬化层。

在一个优选实施方式中，所述粉末层和/或固化层形成在设置于成形工作台上的基片，环境气体的至少一部分通过基片的气体通道被排出(比如，抽吸并除掉)。换句话说，所述烟通过成形工作台的气体通道以及基片的气体通道被抽吸并除掉，两个通道彼此流通。

所述环境气体可以通过在所述固化层中形成的气体通道被排出。换句话说，所述烟通过固化层的气体通道以及成形工作台的气体通道和基片的气体通道被抽吸并除掉，所有的通道都彼此流通。通过控制扫描在粉末层上的光束，能够形成所述固化层的气体通道。

通过控制光束所述固化层可包括多孔部分，这时环境气体通过固化层的多孔部分被排出。换句话说，所述烟通过固化层的多孔部分以及成形工作台的气体通道和基片的气体通道被抽吸并除掉，多孔部分以及所有的通道都彼此流通。通过控制照射在粉末层上的光束能量，能够形成所述固化层的多孔部分。这时，固化层的多孔部分可以形成为关闭基片的气体通道。换句话说，至少位于基片的气体通道上方的部分区域而且不是全部区域内的固化层的部分可以制成多孔的。

在一个优选实施方式中，在基片内形成至少两个气体通道，气体通过其中一个气体通道被供应进入所述腔室内，同时通过另一个通道排出至少一部分环境气体(优选地，环境气体含有烟)。这时，在成形工作台上也形成至少两个气体通道，这些通道与基片的气体通道相流通。

在本发明的制造方法中，被排出的所述环境气体(具体地，环境气体包含烟)可以接受灰尘收集处理，然后返回到所述腔室内。换句话说，其中的烟被除掉后的气体可以重新用作选择性激光烧结或熔化的环境气体。

本发明还提供由前述制造方法获得的三维形状的物品。三维形状的物品能够用作模具，其特征在于，在固化层中形成的至少一部分气体通道用作模具的冷却剂通道(比如，作为模具的温度控制水道)。换句话说，在固化层中形成的气体通道在制造成形物品的过程中用作烟道，在制造成形物品之后用作冷却剂通道。

按照本发明的另一方面，提供一种制造三维形状物品的装置，该装置用于执行前面提出的制造方法。所述用来制造三维形状物品的装置包括：

用来形成粉末层的粉末层形成单元；

光束照射单元，用于将光束照射到粉末层的特定部分上以形成固化层；

成形工作台，在其上面形成所述粉末层和/或固化层；和

用于容纳粉末层形成单元和成形工作台的腔室，

其中，所述成形工作台设有至少一个气体通道，通过所述通道从所述腔室排出环境气体或向所述腔室供应环境气体，所述气体通道通过管道连接气体抽吸单元或气体供应单元。

在一个优选实施方式中，在所述成形工作台上布置基片，所述基片设有至少一个气体通道，通过该通道从所述腔室排出环境气体或向所述腔室供应环境气体。成形工作台的气体通道和基片的气体通道保持彼此流通。换句话说，存在于所述腔室内的环境气体通过基片的气体通道及成形工作台的气体通道被排出腔室内。

利用本发明，通过光束的照射产生的烟被有效地从腔室内排出。这使得有可能防止所述腔室的光传送窗口变得不透光。换句话说，有可能防止照射进腔室内的光束透光率的降低，这使得有可能获得所需的固化层。更具体地，有可能避免这样的故障，即当粉末层是金属粉末层、固化层是烧结层时可能发生的不能稳定烧结或不能增加烧结部分的密度。这可保持三维形状物品的强度的基本均匀性。

利用本发明，所述烟被抽吸并从烟产生点的附近被向下排出。这抑制了烟向上移动。因此，光束路径被烟中断以及照射在粉末层上的光束的照射量发生减少都是不可能的。换句话说，有可能防止光束能量的减少，而光束能量的减少是由烟的向上运动引起的。另外，烟一产生就被从腔室内排出。因此就防止源自烟的灰尘粘附到腔室的内壁。这就具有了这样的有利效果，即所述腔室的可维护性得到改进。

附图说明

图1是描述腔室内由光束的照射产生烟的示意透视图。

图2是示意表示用于执行选择性激光烧结或熔化的复合光学成形机的结构的透视图。

图3是描述所述复合光学成形机的操作的流程图。

图4A和4B是示意地表示复合光学成形机的操作的截面视图。

图5是概念性地表示本发明的特征的示意图。

图6是示意表示一个实施例的截面视图，其中在成形工作台中形成气体通道。

图7是示意表示一个实施例的截面视图，其中在成形工作台和基片中形成气体通道。

图8是示意表示一个实施例的截面视图，其中在成形工作台、基片和烧结层中形成气体通道。

图9A是示意表示一个实施例的截面视图，其中气体通道靠近成形物品的表面被关闭，图9B是示意表示一个实施例的截面视图，其中成形物品的气体通道被用作模具的冷却剂通道。

图10A是示意表示一个实施例的截面视图，其中气体通过烧结层的多孔部分被排出，图10B是示意表示一个实施例的截面视图，其中局部形成固化层的多孔部分以在基片的气体通道内提供塞子。

图11A至11C是示意表示不同实施例的截面视图，其中气体通过烧结层的多孔部分被排出。

图12A和12B是示意表示一个实施例的截面视图，其中气体在烧结层附近被供应入腔室内。

图13是表示按照本发明的制造装置的整体结构的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图详细地描述本发明的优选实施例。

(选择性激光烧结或熔化)

首先对作为本发明制造方法的基础的选择性激光烧结或熔化进行描述。图2表示用于执行选择性激光烧结或熔化的复合光学成形机1的结构。复合光学成形机1主要包括粉末层形成单元2、成形工作台20(见图4A和4B)、光束照射单元3和切割单元4，其中粉末层形成单元2用于通过撒布比如金属粉末或树脂粉末的粉末达特定厚度来形成粉末层，成形工作台20通过成形箱29内的汽缸的操作可垂直移动，所述汽缸的外围被壁27环绕，光束照射单元3用于在任意位置照射光束L，切割单元4用于切割成形物品的外围部分。如图4A和4B所示，粉末层形成单元2主要包括粉末台25、基片21和挤压叶片23，所述粉末台25通过粉末材料箱28内的汽缸的操作可以垂直移动，所述汽缸的外围被壁26环绕，基片21布置在成形工作台20并充当成形物品的基础，所述挤压叶片23用于在基片21上形成粉末层22。再参照图2，光束照射单元3主要包括用于产生光束L(比如，如激光束等的直接能量束)的光束振荡器30，和用于在粉末层22上扫描光束L的电镜31(或扫描光学系统)。如果必要的话，光束照射单元3还可包括用于校正光束点的形状的光束形状校正单元(即，包括比如一对圆柱形透镜和旋转驱动器的单元，所述旋转驱动器用于驱使透镜绕光束L的轴线旋转)和fθ透镜。所述切割单元4主要包括铣头40和XY驱动单元41，所述铣头用于切割成形物品的外围部分，所述XY驱动单元用于驱动铣头40到达切割位置。

现在参照图3、4A和4B详细地描述复合光学成形机1的操作。图3描述了复合光学成形机1的操作流程，图4A和4B示意地表示复合光学成形机1的操作。

复合光学成形机1的操作主要包括用于形成粉末层22的粉末层形成步骤(S1)，用于通过将光束L照射在粉末层22的特定部分上形成固化层24的固化层形成步骤(S2)，和用于切割成形物品的表面的切割步骤(S3)。在粉末层形成步骤(S1)中，成形工作台20首先被降低Δt1(S11)。然后，粉末台25被升高Δt1。之后，如图4A所示，挤压叶片23沿着箭头A所指的方向移动，从而放置在粉末台25上的粉末(比如，具有平均粒径5μm到100μm的铁粉末或者平均粒径为30μm到100μm的尼龙粉末、聚丙烯粉末或者ABS树脂粉末)被转移到基片21(S12)并被夷平形成预定厚度Δt1的粉末层22(S13)。接着，操作流程进入固化层形成步骤(S2)，其中从光束振荡器30产生光束L(比如二氧化碳激光束或紫外线光束)(S21)，并通过使用电镜31将光束扫描到粉末层22的任意位置(S22)。因此，粉末被熔化并固化，形成与基片21一体的固化层24(S23)。

重复粉末层形成步骤(S1)和固化层形成步骤(S2)直到上下层叠的固化层24的厚度达到比如从铣头40的工具长度计算出的目标厚度(见图4B)。在烧结和熔固工艺中新层叠的固化层与前面形成的下部固化层联接在一体。

如果被层叠的固化层24的厚度变成等于目标厚度(S24)，操作流程进入切割步骤(S3)，其中铣头40被驱动(S31)。在铣头40的铣刀(球头立铣刀)的直径为1mm、有效刀片长度为3mm的情况下，铣头40能够执行深度为3mm的切割工作。假设Δt1是0.05mm，在已形成60个固化层时驱动铣头40。通过XY驱动单元41沿着箭头X和Y指示的方向驱动铣头40，于是铣头40切割由层叠固化层24形成的成形物品的表面(S32)。如果三维形状物品的制造工艺还没有完成(S33)，则操作流程返回到粉末层形成步骤(S1)。之后，重复S1至S3的步骤，实现层叠另外的固化层24，从而完成三维形状物品的制造。

在固化层形成步骤(S2)中的光束L的照射路线和切割步骤(S3)中的切割路线都基于三维CAD数据进行预设。这时，通过应用轮廓作业来确定工艺路线。在固化层形成步骤(S2)中，比如使用通过等间距(例如，如果Δt1是0.05mm，则间距是0.05mm)切片所获得的各个横截面的轮廓形状数据，使用源自三维CAD模型的STL数据。

(本发明的制造方法)

从前述选择性激光烧结或熔化中腔室的排空已经构想了本发明的制造方法。换句话说，本发明的特征在于，存在于腔室50内的环境气体如图1所示被排出。环境气体的例子包括比如氮气等等惰性气体。

在本发明的制造方法中，存在于所述腔室内的至少一部分环境气体通过成形工作台向下排出，如图5所示。烟与被排出的环境气体一起被排放到腔室外。作为特定实施例，可以考虑在成形工作台中围绕基片21的区域内形成气体通道20a(比如开口部分)，如图6所示。这时，产生的烟能够通过粉末层19向下排出到腔室外。

当环境气体通过上述方式的气体通道被排出时，有可能使用与气体通道相对应的抽吸单元，比如抽吸泵(更具体地，管道内的抽吸泵被连接到气体通道)。可选择地，当保持腔室内的压力大于腔室外压力(比如，大气压)时，环境气体可利用压力差从气体通道排出。

从所述腔室排出的环境气体的流速取决于产生的烟的量，可以是如大约5至100SLM(此处SLM指一个单位，在标准气体状态下一分钟内排出的气体量依照升进行表示的单位)。优选的是，为了尽可能完全地排出烟，环境气体被连续地排出。然而，如果必要，排气可以执行特定的时间。换句话说，环境气体的排气可以间歇地进行。这时，优选的是，环境气体的排气根据产生的烟的量来执行。比如，优选的是，通过相机获取照射目标P1(见图1)的图像，检测烟的量和浓度。通过相机获得的参数，比如照射目标的亮度等，随着环境气体内烟的浓度升高而发生改变。使用这些参数，有可能确定执行环境气体的排气所需的定时。

尽管气体通道的尺寸取决于所述腔室的尺寸、烟的量、成形物品的尺寸等等，但是每个气体通道均可以具有大约1-30mm的孔直径Da(见图6)。气体通道的数量也取决于所述腔室的尺寸、烟的量、成形物品的尺寸等等，而且可以是比如1-20个。这也适用于基片和固化层的气体通道以及固化层的多孔部分，这些通道和多孔部分将在后面进行描述。每个气体通道的横截面形状(更具体地，沿着水平方向截取的每个气体通道的横截面形状)可以是但是不限于圆形、椭圆形、多边形或其它形状。

可以在实施本发明之前通过适当的方法比如钻孔或激光处理形成成形工作台的气体通道。这也适用于后面要描述的基片的气体通道。仅仅允许气态物质通过但防止固态物质通过的单元(比如过滤器)可以设置在气体通道内，于是包含在成形箱内的粉末(即，非烧结金属粉末层或非固化树脂粉末层)不会通过气体通道发生掉落或被抽吸。

在经过灰尘收集处理之后，因此被排出的环境气体(具体地，含有烟的环境气体)可再返回到所述腔室内。这使得有可能连续执行供应环境气体到腔室内以及将环境气体从腔室内排出的操作。在以这种方式执行连续操作时，要使用灰尘收集装置和安装在循环通路内的泵。

可以考虑采用许多其它的实施方式，其中环境气体的至少一部分通过成形箱被向下排出。这些其它的实施方式将在下面进行描述。下面要介绍的是使用金属粉末作为粉末(即，金属粉末层被作为粉末层)以及固化层是烧结层的情形。

(通过基片的气体通道进行排出)

图7表示其中通过基片的气体通道执行排出的实施方式。如图所示，除了在成形工作台20内形成的气体通道20a外，在基片21内形成气体通道21a(比如，开口部分)。在该实施方式中，成形工作台20的气体通道20a和基片21的气体通道21a彼此流通。这意味着，成形工作台20的气体通道20a基本形成在成形工作台20上放置有基片21的区域。在该实施方式中在光束L的照射点产生的烟60通过金属粉末层19、基片21的气体通道21a和成形工作台20的气体通道20a被排出腔室外。这就具有这样的优点，即环境气体能够从上面布置有基片21的区域被排出，从而使得有可能在靠近烟产生点的位置抽吸并排出烟。即，烟能够以有效的方式从腔室内排出。

(通过基片和烧结层的气体通道进行排出)

图8表示其中通过基片和烧结层的气体通道执行排出的实施方式。如图所示，除了在成形工作台20和基片21内形成的气体通道20a和21a外，在烧结层24中即在成形物品的区域形成气体通道24a(比如开口部分)。在该实施方式中，成形工作台20的气体通道20a、基片21的气体通道21a和烧结层24的气体通道24a彼此流通。这意味着成形工作台20的气体通道20a形成在成形工作台20内上面放置基片21的区域，烧结层24的气体通道24a形成为与成形工作台20的气体通道20a及基片21的气体通道21a对齐。烧结层24的气体通道24a能够通过控制照射在金属粉末层上的光束来形成。例如，通过将光束不照射对应气体通道24a的粉末层区域，而是照射在剩余区域并烧结金属粉末后形成气体通道24a。在图8所示的实施方式中，烟60通过烧结层24的气体通道24a、基片21的气体通道21a和成形工作台20的气体通道20a被向下排出腔室外。这具有这样的优点，即环境气体能够从金属粉末层或烧结层的表面被排出，于是使得有可能以有效的方式将烟排出腔室内。具体地，正好从靠近烟产生点的区域排出环境气体，这使得有可能在它们向上扩散之前迅速排出烟。

这种情况下，只允许气态物质通过但防止固态物质通过的过滤器201设置在气体通道20a内，于是非烧结粉末不会通过气体通道20a发生掉落或被抽吸。

优选的是，烧结层24的气体通道24a最终被关闭，如图9A所示，从而它们不会出现在成形物品的表面24c上。这使得有可能适当地将成形物品24′作为模具使用。在气体通道24a被用作接收KO销或脱模销的孔的情况，不需要封闭气体通道24a。换句话说，气体通道24a可以出现在成形物品的表面24c上。

如图9B所示，成形物品24′的气体通道24a可被用作冷却剂通道(比如，模具的温度控制水管)。换句话说，烧结层的气体通道可以被用作在制造成形物品过程中环境气体(烟)的通道以及作为成形物品制造之后的冷却剂通道。这使得有可能在制造成形物品的过程中以及在制造成形物品之后获得所需的效果。

(通过烧结层的多孔部分的排出)

这里要描述这样的实施方式，如图10A所示，存在于腔室内的环境气体通过烧结层24的多孔部分24b被排出。如图所示，烧结层24的多孔部分24b与成形工作台20的气体通道20a及基片21的气体通道21a保持流通。烧结层24的多孔部分24b(即粗糙的烧结部分)能够通过控制光束L的照射条件来形成。比如，具有低输出能的光束被照射到对应多孔部分24b的粉末层区域，以在该区域减少烧结密度(比如减少至大约40％至大约90％)。将具有特定强度的光束照射在剩余区域来形成烧结部分。多孔部分24b不但通过(a)降低光束的输出能量来形成，而且还通过(b)增加光束的扫描速度、(c)扩宽光束的扫描间距或(d)增加光束的集束直径来形成。所述(a)到(d)的方法可以单独实施或者组合实施。在(a)方法中，通过照射其能量密度为约2到3J/mm²的光束，使烧结密度等于约70％至80％。在其中形成烧结层的多孔部分的实施方式中，烟60通过烧结层24的多孔部分24b、基片21的气体通道21a和成形工作台20的气体通道20a被排出腔室内。这具有这样的优点，即环境气体能够从金属粉末层或烧结层(多孔部分)的表面被排出，从而有可能以有效的方式将烟排出腔室外。具体地，环境气体能够从正好靠近烟产生点的区域快速排出，这使得有可能在烟向上扩散之前排出。另一个优点在于，烧结层24的多孔部分用于防止非烧结粉末的掉落。在图10A所示烧结层24的多孔部分存在于成形物品内的情况，获得的物品能够有利地用作模具。更具体地，典型的是，如果当将熔融树脂注射进模具时，存在于型腔内的空气和型腔内产生的气体没有逃逸，则发生树脂填充不充分。另外，受压的空气和气体被不正常地加热，因此会燃烧树脂浇铸的物品。在图10A所示的成形物品被用作模具的情况下，烧结层24的多孔部分24b充当气体逃逸路线。这使得有可能获得所需的树脂浇铸的物品。

从防止金属粉末掉落的立场出发，烧结层24的多孔部分24b可以形成为图10B所示的形状。换句话说，烧结层24的多孔部分24b可以局部地形成，以在基片21的气体通道21a内提供塞子。这使得有可能可靠地防止供应到多孔部分上方的金属粉末的掉落。

可以考虑采用许多其它的实施方式，其中通过烧结层24的多孔部分执行排出。比如，可以想到的是，使用图11A至11C所示的实施方式。图11A表示这样的方式，其中位于烧结层24的多孔部分24b下方的基片21的气体通道21a形成为弯曲形状。在所示的实施方式中，弯曲形状的气体通道21a能够可靠地防止金属粉末向下掉落。图11B和11C表示这样的实施方式，其中与烧结层的多孔部分24b保持流通的基片21的气体通道21a彼此连接，以提供单一的通路。因此，导向成形工作台20的基片的气体通道21a能够被合并成单一的通路，不论烧结层24的多孔部分24b的数量和位置。换句话说，仅仅通过改变基片的气体通道的形状，多孔部分24b的数量和/或位置能够任意自由地设定。在图11B所示的方式中，基片21的气体通道21a和成形工作台20的气体通道20a通过管道53进行互连。环境气体从成形工作台20中上面没有放置基片21的区域被抽吸并排出。在图11C所示的方式中，环境气体从成形工作台20中上面放置有基片21的区域被抽吸和排出。(如图所示，通过向基片21的气体通道21a提供比如塞子件54，改变排出路线)。如图11B和11C所示，根据基片的气体通道的类型，从需要的点排出环境气体。

(组合气体供应的排出)

图12A和12B表示这样的实施方式，其中在烧结层的附近执行向腔室内的气体供应，于是将烟60可靠地引导到气体通道。如图所示，执行气体供应以保证通过最短的可能距离将烟60导向气体通道。这使得有可能在尽可能地抑制烟的向上运动的同时将烟从腔室内排出。在图12A所示的方式中，通过在一侧形成的气体通道20a、21a和24a供应环境气体，而且通过在另一侧形成的气体通道20a′、21a′和24a′抽吸和排出含有烟的环境气体。如果以这种方式连续地执行气体的供应和抽吸排出，惰性气体在金属粉末层和/或烧结层的表面附近一直发生流动。这就产生了所谓的惰性保护。结果，有可能有效地防止烧结层的氧化，由此具有改进成形物品质量的效果。

(本发明的制造装置)

接下来，描述适于执行本发明制造方法的装置。(将在所述装置的一个实施例的基础上进行描述，其中在所述装置中使用金属粉末作为粉末，固化层作为烧结层。)

如图1、2和13所示，本发明的装置包括用于形成金属粉末层的粉末层形成单元2，用于在金属粉末层22的特定部分照射光束L以形成烧结层的光束照射单元3，其上形成金属粉末层和/或固化层的成形工作台20，以及用于容纳粉末层形成单元2和成形工作台20的腔室50。成形工作台20设有气体通道20a，通过该通道从腔室50排出环境气体和向腔室50供应环境气体。所述气体通道20a通过管路55连接到抽吸泵57或输送泵58。在该制造装置中，成形工作台20的气体通道20a被连接到抽吸泵57(比如排气扇)，如图13所示。因此，存在于腔室50内的至少一部分环境气体能够通过成形工作台20向下排出。因为已经结合选择性激光烧结或熔化描述了粉末层形成单元2、成形工作台20、光束照射单元3和腔室50以及本发明制造装置的操作，为了避免篇幅冗长就不再对这些方面进行描述。

在基片21设置在成形工作台20上的实施方式中，气体通道21a形成在基片21内，通过该气体通道从腔室50排出环境气体并向腔室50供应环境气体。在这种情况下，成形工作台20的气体通道20a和基片21的气体通道21a彼此保持流通(见比如图7和13)。

优选地，在连接成形工作台20的气体通道20a的管路55内设置灰尘收集装置70(见图13)。这使得有可能在将排出的环境气体经历灰尘收集处理后返回到腔室50内。通过执行气体净化比如灰尘收集等，有可能连续执行气体的供应和排出操作，并且有可能连续地从腔室内排出烟。灰尘收集装置70可以包括比如用于防止烟(和散落并被排出的金属粉末)通过的过滤器。任何类型的过滤器都可使用，只要它能够捕捉烟和金属粉末。比如，可以使用迷宫型过滤器。可选地，可以通过使用离心力执行灰尘收集(换句话说，有可能使用离心力灰尘收集器，比如旋风分离器等)。在粉末为金属粉末的情况，烟可含有金属蒸汽。在这种情况下，可使用比如磁铁等的灰尘收集单元执行灰尘收集。

尽管前面描述了本发明的一些实施方式，但是它们都只是落在本发明的范围内的典型实施方式的说明。因此，本发明将不限于前述实施方式。对于本领域的技术人员而言，明显的是，没有脱离本发明的范围可以作出许多变化或改进。

比如，尽管前面的描述主要指向一种布置，即气体通道形成在成形工作台20内(见图6)，但是本发明将不限于这种布置。作为备选实施方式，成形箱的壁部分(参考图6由序号“27”指示的部分)可以设有气体通道，通过该通道从腔室内排出环境气体。

尽管前述说明主要指向这样的实施方式，即粉末层是金属粉末层，固化层是烧结层，但是本领域的技术人员可以很容易地理解，即使粉末层是树脂层、固化层是硬化层，也获得同样的特征和效果。

工业实用性

通过执行制造三维形状物品的本发明的方法能够得到各种物品。比如，在粉末层为金属粉末层以及固化层为烧结层的情况，获得的三维形状物品能够用作模具，比如塑料注射成型的模具、模压成型的模具、压铸成型的模具、铸造成型的模具、锻造成型的模具等。在粉末层为树脂粉末层以及固化层为硬化层的情况，获得的三维形状物品能够用作树脂成型物品。

Claims (12)

1、一种用于制造三维形状物品的方法，包括以下步骤：

(i)通过将光束照射在成形工作台上放置的粉末层的特定部分，烧结或熔化所述特定部分，形成固化层；

(ii)通过在获得的固化层上放置新的粉末层并将光束照射在新的粉末层的特定部分，烧结或熔化新的粉末层的特定部分，形成另一固化层；和

(iii)重复步骤(ii)，以制造三维形状物品，

其中，当在腔室内执行步骤(i)至(iii)时，所述腔室内的至少一部分环境气体通过成形箱的气体通道从腔室内排出。

2、如权利要求1所述的方法，其中，通过环境气体的排出，由光束的照射产生的至少一部分烟通过成形箱的气体通道从所述腔室排出。

3、如权利要求1或2所述的方法，其中至少一部分环境气体通过成形工作台从所述腔室排出。

4、如权利要求3所述的方法，其中，粉末层和/或固化层形成在设于成形工作台上的基片上，至少一部分环境气体通过成形工作台的气体通道和成形箱的气体通道从所述腔室排出。

5、如权利要求3所述的方法，其中至少一部分环境气体通过所述固化层的气体通道、成形工作台的气体通道和成形箱的气体通道从所述腔室排出。

6、如权利要求3所述的方法，其中所述固化层包括多孔烧结部分，至少一部分环境气体通过固化层的多孔烧结部分、成形工作台的气体通道和成形箱的气体通道从所述腔室排出。

7、如权利要求6所述的方法，其中所述固化层的多孔烧结部分用作基片的气体通道内的塞子。

8、如权利要求4至7任一项所述的方法，其中所述基片的气体通道的数量是两个或两个以上，气体通过所述气体通道之一被供应到所述腔室内，而至少一部分环境气体通过其它通道被排出。

9、如权利要求1或2所述的方法，其中所述被排出的环境气体经过灰尘收集处理后再返回到腔室内。

10、一种通过权利要求5所述的方法获得的三维形状物品，其中所述三维形状物品被用作模具，所述固化层的气体通道的至少一部分被用作模具的冷却剂通道。

11、一种用于制造三维形状物品的装置，包括：

用于形成粉末层的粉末层形成单元；

用于将光束照射到所述粉末层的特定部分上以形成固化层的光束照射单元；

在其上形成所述粉末层和/或固化层的成形工作台；和

用于容纳所述粉末层成形单元和成形工作台的腔室，

其中所述成形工作台设有至少一个气体通道，通过所述气体通道从所述腔室内排出环境气体或向腔室内供应环境气体，所述气体通道连接气体抽吸单元或气体供应单元。

12、如权利要求11所述的装置，其中基片设置在成形工作台上，所述基片设有至少一个气体通道，通过所述气体通道从所述腔室内排出环境气体或向腔室内供应环境气体，所述基片的气体通道与基片的气体通道流通。

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