CN105026076B - 用于生产具有定制微观结构的工件的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于生产三维工件的装置(10)，包括：载架(16)；粉末施加设备(14)，用于将原材料粉末施加于所述载架(16)上；照射设备(18)，用于将电磁或粒子辐射选择性地照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上；以及控制单元(38)，该控制单元(38)适于根据所述原材料粉末的结晶行为控制所述粉末施加设备(14)和所述照射设备(18)的操作，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。

Description

用于生产具有定制微观结构的工件的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于通过用电磁或粒子辐射照射原材料粉末层来生产具有定制微观结构的三维工件的装置和方法。
背景技术
选择性激光熔化或激光烧结为加层工艺，粉状的特别是金属和/或陶瓷的原材料可通过该加层工艺加工成复杂形状的三维工件。为此，原材料粉末被施加于载架上并根据待生产的工件的期望几何形状以选区方式经受激光辐射。穿透至粉末层中的激光辐射引起原材料粉末颗粒的加热以及由此引起其熔化或烧结。另外的原材料粉末层随后被相继施加于载架上已经经受激光处理的层，直到工件已经具备期望形状和尺寸。选择性激光熔化或激光烧结可特别用于基于CAD数据生产原型、工具、替代部件或医学假体(诸如，牙齿或整形假体)。
用于通过选择性激光熔化由粉状原材料生产模制体的装置例如在EP1793979A1中被描述。现有技术的装置包括处理室，该处理室被维持在保护气体气氛下并容纳用于待制造的成形体的多个载架。粉末层制备系统包括粉末存储保持器，该粉末存储保持器可通过主轴驱动横向于载架往复移动。处理室由竖向隔离壁被分隔为多个处理室隔间。照射设备包括激光，其经由光纤波导为光束偏转设备提供激光辐射。由光束偏转设备偏转的激光束通过F-theta透镜聚焦于在特定载架上最后制备的粉末层上。如果在各个处理室隔间中使用的粉末材料不同，则用于每个隔间的激光辐射的辐射强度可单独调节，以便考虑粉末的不同材料性能。以相应的方式，照射波长也可以改变，并且可选地，光谱可调激光或不同发射波长的多个激光可用于照射不同的处理室隔间中的粉末层。
EP2335848A1公开了通过用激光辐射照射原材料粉末的粉末层来生产工件的装置，该装置包括光学照射设备以及分光单元和/或光耦合单元，该光学照射设备被配备有用于引导并聚焦第一激光束的光路的光学部件。分光单元和/或光耦合单元被设计为将第一激光束分裂为至少两个激光子光束和/或将第二激光束耦合到第一激光束的光路中。为了将第一激光束分裂为至少两个激光子光束，分光单元和/或光耦合单元或者分光单元和/或光耦合单元中的分光单元可包括例如布置在第一激光束的光路中并能够通过分裂第一激光束而产生第一激光束的第一射束轮廓(横截面轮廓)的衍射光学元件。对于每个激光子光束的射束轮廓和由所有激光子光束形成的第一激光束的整体射束轮廓，可以想到多种构造。
例如，通过衍射光学元件生产的每个激光子光束可具有高斯强度分布的圆形射束轮廓。在这种射束轮廓中，光束的最高强度在圆形激光子射束轮廓的中心处并根据高斯分布向外降低。还可以想到每个激光子光束具有环形射束轮廓(所谓的多纳圈射束轮廓)。
金属工件的热性能和机械性能通常主要取决于工件的微观结构。例如，单晶金属材料，特别是不锈钢或者镍、钴或铁基超合金，即使在高温下也显示优异的机械、化学和热性能。这些材料因此通常用于制造经受高机械载荷和热载荷的部件，诸如例如涡轮叶片或发动机部件。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种装置和方法，其允许定制通过用电磁或粒子辐射照射原材料粉末层生产的三维工件的微观结构。
该目的通过如权利要求1所限定的装置以及具有权利要求8的特征的方法而被实现。
一种用于生产三维工件的装置包括载架和用于将原材料粉末施加于载架上的粉末施加设备。原则上，载架可为刚性固定载架。然而，优选地，载架被设计为能沿竖向方向移位，使得随着工件由原材料粉末成层建造而具有增加的构造高度，载架可沿竖向方向向下移动。原材料粉末优选为金属粉末，特别是金属合金粉末，但是也可以是陶瓷粉末或者包含不同材料的粉末。粉末可以具有任何合适的粒度或者粒度分布。然而，优选的是处理粒度＜100μm的粉末。
该装置进一步包括照射设备，用于将电磁或粒子辐射选择性地照射到施加于载架上的原材料粉末上。因此，施加于载架上的原材料粉末可以根据待生产的工件的期望几何形状以选区方式经受电磁或粒子辐射。照射设备优选适于将辐射照射到原材料粉末上，这引起所述原材料粉末颗粒的选区熔化。
最后，该装置包括控制单元，该控制单元适于根据原材料粉末的结晶行为控制粉末施加设备和照射设备的操作，以便定制通过加层构造(additive layer construction)方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。因此，该装置可用于制造具有期望微观结构的工件。通过定制工件的微观结构，可以制造具有特定机械性能、热性能、电性能或化学性能的工件。例如，可以获得具有大致单晶或定向/枝状凝固并由此特别在高温时显示高的机械阻力、化学阻力和热阻力的微观结构。
在本申请的上下文中，“大致单晶或定向/枝状凝固微观结构”可为实际上为单晶的微观结构，即，不包括任何晶界。然而，用语“大致单晶或定向/枝状凝固微观结构”应该也涵盖在具有优选定向的晶粒之间具有晶界的微观结构，即其中晶界沿优选方向彼此大致平行地延伸的微观结构。这种微观结构典型地通过金属熔体的定向凝固而获得。
熔体(特别是金属熔体)的结晶行为例如可由所谓的v-G图描述，其中典型地以双对数尺度绘制凝固或晶体生长速度v与温度梯度G。如本领域众所周知的且例如在由J.D.Hunt在《材料科学与工程》1984年第65卷第75-83页中发表的名称为“枝晶与共晶的稳态柱状及等轴生长”的文献中描述的，对于任何期望的材料，可测量并计算v-G图。在v-G图内，v-G组合的不同区域与凝固的熔体的不同微观结构性能关联。例如，高的凝固或晶体生长速度和低的温度梯度导致多晶鲕状微观结构的发展，而低的凝固或晶体生长速度与由于高的温度梯度引起的熔体的(局部)过冷却组合导致枝晶和单晶的形成。
用于生产三维工件的装置的控制单元于是适于以如下方式控制粉末施加设备和照射设备的操作：根据原材料粉末的类型，在通过用电磁或粒子辐射照射粉末产生的熔体中出现的凝固或晶体生长速度和温度梯度的适当组合被获得，以便产生期望的微观结构，即或者为多晶鲕状微观结构，或者为包括大致枝晶和/或单晶的定向凝固微观结构。
照射设备可包括至少一个辐射源(特别是激光源)以及引导和/或处理由该辐射源发射的辐射束的至少一个光学单元。辐射源可包括发射大约1070至1080nm波长的激光的二极管泵浦的掺镱光纤激光器。光学单元可包括诸如物镜(特别是f-theta镜头)和扫描器单元之类的光学元件，扫描器单元优选包括衍射光学元件和偏转镜。例如，照射设备可为如EP2335848A1中描述的照射设备。
用于生产三维工件的装置的控制单元优选适于控制辐射源和光学单元中的至少一个，以根据原材料粉末的结晶行为调节辐射源和/或光学单元的至少一个操作参数，以便定制通过加层构造方法由原材料粉末制成的工件的微观结构。换言之，控制单元可适于以如下方式控制辐射源和/或光学单元的操作：根据原材料粉末的类型，在通过用电磁或粒子辐射照射粉末产生的熔体中出现的凝固或晶体生长速度和温度梯度的适当组合被获得，以便产生期望的微观结构。
例如，可通过控制单元控制的辐射源和/或光学单元的操作参数可包括：照射到施加于载架上的原材料粉末上的辐射束的射束尺寸(特别是射束直径)以及照射到施加于载架上的原材料粉末上的辐射束的射束轮廓。例如，辐射束的射束尺寸可以在控制单元的控制下被增加，以便促进通过照射粉末产生的熔体中的低的凝固或晶体生长速度和高的温度梯度的组合的出现并由此在产生的工件中获得大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。优选地，由辐射源发射并由光学单元处理的辐射束的射束直径可被设置为≥200μm，特别地≥500μm，具体地≥750μm，以便在产生的工件中获得大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。
另外地或替代于此，可想到通过将射束轮廓从具有高斯强度分布的圆形射束轮廓改变为环形轮廓来促进熔体中的低的凝固或晶体生长速度和高的温度梯度的组合的出现并由此促进在产生的工件中形成大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。
进一步，可通过控制单元控制的辐射源和/或光学单元的操作参数可包括：照射到施加于载架上的原材料粉末上的辐射束的扫描速度和/或扫描模式。例如，在控制单元的控制下可降低扫描速度，以便促进通过照射粉末产生的熔体中的低的凝固或晶体生长速度和高的温度梯度的组合的出现并由此在产生的工件中获得大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。优选地，扫描速度可被设置为小于1m/s。
另外地或替代于此，可想到通过增加辐射束在粉末表面上被引导所沿的扫描线(hatch)之间的距离来促进熔体中的低的凝固或晶体生长速度和高的温度梯度的组合的出现并由此促进在产生的工件中形成大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。优选地，扫描线距离可被设置为小于1mm。
最后，可通过控制单元以如下方式控制辐射源的输出，特别控制激光源的激光功率：根据原材料粉末的类型，在通过照射粉末产生的熔体中出现的凝固或晶体生长速度和温度梯度的适当组合被获得，以便产生期望的微观结构。具体地，可在控制单元的控制下增加辐射源的输出，以便促进熔体中的低的凝固或晶体生长速度和高的温度梯度的组合的出现并由此促进在产生的工件中形成大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。优选地，辐射源的输出可被设置为小于2000W，特别地小于1000W。
控制单元可进一步适于以如下方式控制粉末施加设备的操作：根据原材料粉末的类型，在通过用电磁或粒子辐射照射粉末产生的熔体中出现的凝固或晶体生长速度和温度梯度的适当组合被获得，以便产生期望的微观结构。特别地，控制单元可适于控制粉末施加设备的操作，以根据原材料粉末的结晶行为调节施加到载架上的原材料粉末层的厚度，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
例如，如果期望促进熔体中的低的凝固或晶体生长速度和高的温度梯度的组合的出现并由此促进在产生的工件中形成大致单晶或定向/枝状凝固微观结构，则粉末施加设备的操作可被控制为增加施加于载架上的原材料粉末层的厚度。优选地，施加于载架上的原材料粉末层的厚度可被设置为从30μm到250μm的范围。
用于生产三维工件的装置可进一步包括加热设备，用于在将电磁或粒子辐射照射到原材料粉末上之前预加热原材料粉末。控制单元可适于控制加热设备以根据原材料粉末的结晶行为调节原材料粉末的预加热温度，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
所采用的粉末形式的材料如用于产生工件的原材料的熔点、熔化性能(例如，合金中是否存在共晶成分)、晶体结构以及另外的材料性能强烈影响v-G图并因此影响通过照射粉末产生的熔体中出现的凝固或晶体生长速度和温度梯度的组合，该组合适于在工件中获得期望的微观结构。因此，为在工件中产生期望的微观结构而必须借助控制单元调节的照射设备(特别是照射设备的辐射源和光学单元)、粉末施加设备和加热设备的操作参数的实际值可根据原材料粉末的类型而显著变化。
例如，可容易想到，为在由铝合金制成的工件中产生大致单晶或定向/枝状凝固微观结构而必须通过控制单元设置的照射设备、粉末施加设备和加热设备的操作参数与为在由钢或镍、钴或铁基超合金制成的工件中产生大致单晶或定向/枝状凝固微观结构而必须通过控制单元设置的操作参数显著不同。然而，可基于本申请的教示通过实验工作获得合适的值的范围，如本领域技术人员通常执行的那样。
用于生产三维工件的装置的控制单元可进一步适于根据原材料粉末的结晶行为控制粉末施加设备和照射设备的操作，以便不同地定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件在工件的不同区域的微观结构。例如，控制单元可适于如上述在工件的不同区域不同地控制照射设备的辐射源和/或光学单元的操作参数和/或粉末施加设备的操作参数，以便例如在工件的第一区域获得多晶鲕状微观结构并在工件的第二区域获得单晶或定向/枝状凝固微观结构。
具体而言，控制单元适于根据原材料粉末的结晶行为控制粉末施加设备和照射设备的操作，即例如控制照射设备的辐射源和/或光学单元的操作参数和/或粉末施加设备的操作参数，以便通过加层构造方法获得由所述原材料粉末制成的工件，该工件的外壳区域具有大致多晶鲕状微观结构，并且该工件的内芯区域具有大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。
一种用于生产三维工件的方法，包括以下步骤：通过粉末施加设备将原材料粉末施加到载架上；通过照射设备将电磁或粒子辐射选择性地照射到施加于载架上的原材料粉末上；以及通过控制单元根据原材料粉末的结晶行为控制粉末施加设备和照射设备的操作，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
在用于生产三维工件的方法中，由照射设备的至少一个辐射源发射的辐射束通过照射设备的至少一个光学单元被引导和/或处理。
控制单元可根据原材料粉末的结晶行为控制辐射源和/或光学单元，以调节照射到施加于载架上的原材料粉末上的辐射束的射束尺寸、照射到施加于载架上的原材料粉末上的辐射束的射束轮廓、照射到施加于载架上的原材料粉末上的辐射束的扫描速度、照射到施加于载架上的原材料粉末上的辐射束的扫描模式以及辐射源的输出中的至少一个，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
进一步，控制单元可控制粉末施加设备，以根据原材料粉末的结晶行为调节施加于载架上的原材料粉末层的厚度，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
在将电磁或粒子辐射照射到原材料粉末上之前，可通过加热设备预加热原材料粉末。控制单元可控制加热设备，以根据原材料粉末的结晶行为调节原材料粉末的预加热温度，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
控制单元可根据原材料粉末的结晶行为控制粉末施加设备和照射设备的操作，以便不同地定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件在工件的不同区域的微观结构。
控制单元可根据原材料粉末的结晶行为控制粉末施加设备和照射设备的操作，以便通过加层构造方法获得由所述原材料粉末制成的工件，该工件在外壳区域具有大致多晶鲕状微观结构且在内芯区域具有大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。
工件由如上所述的方法制造。为了确定工件是否由上述方法制造，可使用传统的分析技术，诸如显微镜，特别是电子背散射衍射技术(EBSD)。例如，在通过加层构造方法生产工件期间用电磁或粒子辐射照射的粉末层的厚度或在照射粉末期间粉末中产生的熔化踪迹的尺寸(这允许得到关于辐射源的射束直径的结论)可由本领域技术人员在检查工件时确定。工件可至少在其区域中显示大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。优选地，工件在其外壳区域显示大致多晶鲕状微观结构且在其内芯区域显示大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。
附图说明
在下面参照所附示意图更详细地解释本发明的优选实施例，其中：
图1示出用于生产三维工件的装置；
图2以示意形式示出v-G图，其中绘制熔体中凝固或晶体生长速度v与温度梯度G；
图3a以示意形式示出通过根据图1的装置生产的工件；
图3b示出电子背散射衍射(EBSD)图，其例示根据图3a的不锈钢316L工件的外壳区域的微观结构；
图3c示出电子背散射衍射(EBSD)图，其例示根据图3a的不锈钢316L工件的内芯区域的微观结构；以及
图3d示出电子背散射衍射(EBSD)图，其例示根据图3a的不锈钢316L工件的外壳区域与内芯区域之间的边界区域的微观结构。
具体实施方式
图1示出用于通过选择性激光熔化(SLM)生产三维工件的装置10。装置10包括处理室12，处理室12可针对环境大气被密封，使得可以在处理室12内建立惰性气氛，例如，氩气气氛。粉末施加设备14用于将原材料粉末施加于载架16上。载架16被设计为能沿竖向方向移位，使得随着工件由载架16上的原材料粉末成层建造而具有增加的构造高度，载架16可沿竖向方向向下移动。
装置10进一步包括照射设备18，用于将激光辐射选择性地照射到施加于载架16上的原材料粉末上。通过照射设备18，施加于载架18上的原材料粉末可以根据待生产的工件的期望几何形状以选区方式经受激光辐射。照射设备18具有可密封壳体20。由激光源24提供的激光束22经由开口26被引导到壳体20中，激光源24可例如包括发射大约1070至1080nm波长的激光的二极管泵浦掺镱光纤激光器。照射设备18进一步包括用于引导和/或处理激光束22的光学单元28，光学单元28包括光学元件，诸如用于扩展激光束22的光束扩展器30、用于将激光束22聚焦于焦点的聚焦透镜32、扫描器单元34和物镜36。扫描器单元34和物镜36通过示例的方式被显示为检流计扫描器和f-theta物镜。通过扫描器单元34，激光束22的焦点在光路的方向上以及在垂直于光路的平面中的位置可以改变和调整。例如，照射设备18可为如在EP2335848A1中描述的照射设备。
另外，装置10包括用于在将激光束22照射到原材料粉末上之前预加热原材料粉末的加热设备37。
最后，装置10包括控制单元38，控制单元38适于根据原材料粉末的结晶行为控制粉末施加设备14和照射设备18的操作，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。金属熔体的结晶行为可由v-G图描述，图2以示意形式示出v-G图。在v-G图中，通常以双对数尺度绘制凝固或晶体生长速度v与温度梯度G。如本领域众所周知的，对于任意期望的材料，可测量并计算v-G图。在图2的示意v-G图中，曲线C将图的一面区域与另一面区域分隔开，在该一面区域中，高的凝固或晶体生长速度和低的温度梯度的组合导致多晶鲕状微观结构的发展，在该另一面区域中，低的凝固或晶体生长速度和由于高的温度梯度引起的熔体的(局部)过冷却的组合导致枝晶和单晶的形成。
装置10的控制单元38于是适于以如下方式控制粉末施加设备14和照射设备18的操作：根据原材料粉末的类型，在通过用激光束22照射粉末产生的熔体中出现的凝固或晶体生长速度和温度梯度的适当组合被获得，以便产生期望的微观结构，即或者多晶鲕状微观结构，或者包括大致枝晶和/或单晶的定向凝固微观结构。
具体而言，控制单元38适于控制激光源24和光学单元28，以根据原材料粉末的结晶行为调节激光源24和光学单元28的不同操作参数，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。可通过控制单元38控制的激光源24源和光学单元28的操作参数包括：照射到施加于载架16上的原材料粉末上的激光束22的射束尺寸，特别是射束直径，以及照射到施加于载架16上的原材料粉末上的激光束22的射束轮廓。
例如，激光束22的射束尺寸可以在控制单元38的控制下增加，以便促进通过照射粉末产生的熔体中低的凝固或晶体生长速度和高的温度梯度的组合的出现，并因此在产生的工件中获得大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。另外地或替代于此，可想到通过改变激光束22的射束轮廓来促进熔体中的低的凝固或晶体生长速度和高的温度梯度的组合的出现，并由此促进在产生的工件中形成大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。
进一步，可通过控制单元38控制的激光源24和/或光学单元28的操作参数包括：激光束22的扫描速度和/或扫描模式。例如，在控制单元38的控制下可降低扫描速度，以便促进通过照射粉末产生的熔体中低的凝固或晶体生长速度和高的温度梯度的组合的出现，并由此在产生的工件中获得大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。另外地或替代于此，可想到通过增加激光束22在粉末表面上被引导所沿的扫描线之间的距离来促进熔体中低的凝固或晶体生长速度和高的温度梯度的组合的出现，并由此促进在产生的工件中形成大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。
最后，可通过控制单元38以如下方式控制激光源24的激光功率：根据原材料粉末的类型，在通过照射粉末产生的熔体中出现的凝固或晶体生长速度和温度梯度的适当组合被获得，以便产生期望的微观结构。具体地，在控制单元38的控制下可增加激光源24的激光功率，以便促进在熔体中出现低的凝固或晶体生长速度和高的温度梯度的组合，并由此在产生的工件中形成大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。
控制单元38进一步适于控制粉末施加设备14的操作以根据原材料粉末的结晶行为调节施加到载架16上的原材料粉末层的厚度，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。例如，如果期望促进熔体中低的凝固或晶体生长速度和高的温度梯度的组合的出现并由此在产生的工件中获得大致单晶或定向/枝状凝固微观结构，则粉末施加设备14的操作被控制单元38控制以增加施加于载架上的原材料粉末层的厚度。
而且，控制单元适于控制加热设备37以根据原材料粉末的结晶行为调节原材料粉末的预加热温度，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
示例1
图3a中示意性描绘的工件40已经使用图1中示意性例示的装置10通过选择性激光熔化工艺由具有大约10至45μm的粒度的不锈钢(316L)粉末产生。不锈钢粉末的粒度已经使用激光衍射确定。粒度分布具有大致高斯形分布，其中最小颗粒的粒度为大约10μm，最大颗粒的粒度为大约45μm。小于10μm的颗粒和/或大于45μm的颗粒可能存在于粉末中。然而，与具有10μm和45μm之间的尺寸的颗粒数量相比，小于10μm的颗粒和/或大于45μm的颗粒的数量少。
在产生工件40时已经通过控制单元38设置的激光源24、光学单元28、粉末施加设备14和加热设备37的操作参数在下表1中概述。表1的第二行列出在产生工件40的外壳区域42时已经通过控制单元38设置的激光源24、光学单元28、粉末施加设备14和加热设备37的操作参数。在表1的第三行中列出在产生工件40的内芯区域44时已经通过控制单元38设置的激光源24、光学单元28、粉末施加设备14和加热设备37的操作参数。
表1：用于产生不锈钢(316L)工件的操作参数设置
如从图3b中描绘的EBSD图中变得清楚的，通过借助控制单元38适当地控制激光源24、光学单元28、粉末施加设备14和加热设备37的工艺参数，在工件40的外壳区域42中已经产生多晶鲕状微观结构。类似地，通过借助控制单元38适当地控制激光源24、光学单元28、粉末施加设备14和加热设备37的工艺参数，导致在工件40的内芯区域44中形成大致单晶或定向/枝状凝固微观结构，参见图3c中描绘的EBSD图。图3d中描绘的工件40的外壳区域42与内芯区域44之间的边界区域的EBSD图显示工件40的内芯区域44中的大致单晶或定向/枝状凝固微观结构与外壳区域42中的多晶鲕状微观结构之间的清晰界面。

Claims (13)

1.一种用于生产三维工件的装置(10)，所述装置(10)包括：
载架(16)；
粉末施加设备(14)，用于将原材料粉末施加于所述载架(16)上；
照射设备(18)，用于将电磁或粒子辐射选择性地照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上；以及
控制单元(38)，该控制单元(38)适于根据所述原材料粉末的结晶行为控制所述粉末施加设备(14)和所述照射设备(18)的操作，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构，从而所述工件包括大致单晶或定向/枝状凝固微观结构，
其中所述照射设备(18)包括：
至少一个辐射源(24)；和
至少一个光学单元(28)，用于引导和/或处理由所述辐射源(24)发射的辐射束(22)，所述光学单元(28)包括用于改变和调整所述辐射束(22)的焦点在所述辐射束(22)的光路的方向上以及在垂直于所述光路的平面中的位置的扫描器单元(34)。
2.根据权利要求1所述的装置，
其中所述控制单元(38)适于控制所述辐射源(24)和/或所述光学单元(28)，以根据所述原材料粉末的结晶行为调节以下中的至少一个：
照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上的所述辐射束(22)的射束尺寸，
照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上的所述辐射束(22)的射束轮廓，
照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上的所述辐射束(22)的扫描速度，
照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上的所述辐射束(22)的扫描模式，和
所述辐射源(24)的输出，
以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
3.根据权利要求1所述的装置，
其中所述控制单元(38)适于控制所述粉末施加设备(14)，以根据所述原材料粉末的结晶行为调节施加于所述载架(16)上的原材料粉末层的厚度，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
4.根据权利要求1所述的装置，
进一步包括加热设备(37)，用于在将电磁或粒子辐射照射到所述原材料粉末上之前预加热所述原材料粉末，并且其中所述控制单元(38)适于控制所述加热设备(37)以根据所述原材料粉末的结晶行为调节所述原材料粉末的预加热温度，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
5.根据权利要求1所述的装置，
其中所述控制单元(38)适于根据所述原材料粉末的结晶行为控制所述粉末施加设备(14)和所述照射设备(18)的操作，以便不同地定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件在该工件的不同区域的微观结构。
6.根据权利要求1所述的装置，
其中所述控制单元(38)适于根据所述原材料粉末的结晶行为控制所述粉末施加设备(14)和所述照射设备(18)的操作，以便通过加层构造方法获得由所述原材料粉末制成的工件，所述工件的外壳区域具有大致多晶鲕状微观结构，并且所述工件的内芯区域具有大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。
7.一种用于生产三维工件的方法，所述方法包括以下步骤：
通过粉末施加设备(14)将原材料粉末施加到载架(16)上；
通过照射设备(18)将电磁或粒子辐射选择性地照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上；以及
通过控制单元(38)根据所述原材料粉末的结晶行为控制所述粉末施加设备(14)和所述照射设备(18)的操作，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构，从而所述工件包括大致单晶或定向/枝状凝固微观结构，
其中由所述照射设备(18)的至少一个辐射源(24)发射的辐射束(22)通过所述照射设备(18)的至少一个光学单元(28)被引导和/或处理，其中所述辐射束(22)的焦点在所述辐射束(22)的光路的方向上以及在垂直于所述光路的平面中的位置借助所述光学单元(28)的扫描器单元(34)被改变和调整。
8.根据权利要求7所述的方法，
其中所述控制单元(38)控制所述辐射源(24)和/或所述光学单元(28)，以根据所述原材料粉末的结晶行为调节以下中的至少一个：
照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上的所述辐射束(22)的射束尺寸，
照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上的所述辐射束(22)的射束轮廓，
照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上的所述辐射束(22)的扫描速度，
照射到施加于所述载架(16)上的所述原材料粉末上的所述辐射束(22)的扫描模式，和
所述辐射源(24)的输出，
以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
9.根据权利要求7所述的方法，
其中所述控制单元(38)控制所述粉末施加设备(14)，以根据所述原材料粉末的结晶行为调节施加于所述载架(16)上的原材料粉末层的厚度，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
10.根据权利要求7所述的方法，
其中在将电磁或粒子辐射照射到所述原材料粉末上之前通过加热设备(37)预加热所述原材料粉末，并且其中所述控制单元(38)控制所述加热设备(37)以根据所述原材料粉末的结晶行为调节所述原材料粉末的预加热温度，以便定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件的微观结构。
11.根据权利要求7所述的方法，
其中所述控制单元(38)根据所述原材料粉末的结晶行为控制所述粉末施加设备(14)和所述照射设备(18)的操作，以便不同地定制通过加层构造方法由所述原材料粉末制成的工件在该工件的不同区域的微观结构。
12.根据权利要求7所述的方法，
其中所述控制单元(38)根据所述原材料粉末的结晶行为控制所述粉末施加设备(14)和所述照射设备(18)的操作，以便通过加层构造方法获得由所述原材料粉末制成的工件，所述工件的外壳区域具有大致多晶鲕状微观结构，并且所述工件的内芯区域具有大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。
13.一种通过根据权利要求7所述的方法制造的工件，其中所述工件特别地在其一区域中显示大致单晶或定向/枝状凝固微观结构。
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