CN105562688A - 通过选择性的激光熔化来制造构件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过选择性的激光熔化来制造构件的方法，其中一定数量的彼此并排设置的激光器产生激光场，由此能够将粉末状的材料选择性地熔化以产生轮廓。在此，激光器装置的各个激光器能够选择性地接通或断开，以便照射特定的区域或者不进行照射。此外，提供一种用于执行方法的设备。

Description

通过选择性的激光熔化来制造构件

技术领域

本发明涉及一种用于借助于激光器装置通过选择性的激光熔化来制造构件的方法，其中在照射期间选择性地接通或断开装置的各个激光器以产生特定的结构。

背景技术

具有复杂几何形状的构件仅能够通过切削制造方法极其耗费地制造。通常，这种部件能够通过不同的铸造方法生产。当然，铸造模具的制造是昂贵的且时间耗费的。因此，尽管铸造方法对于具有充足的生产周期的批量生产和系列制造是有意义的，但是对于少量件数的制造而言或者在紧迫性提高的情况下不是有意义的。

用于快速制造各个构件的相对新的方法是选择性的激光熔化(selectivelasermelting,SLM)和类似的选择性的激光烧结。在此，将要加工的材料以粉末的形式以一个层施加在材料层或平台上。粉末微粒借助于激光辐射局部地完全熔化。通过熔化粉末微粒，粉末微粒也与位于其下的层一起熔化。相对于上述铸造方法，SLM的特征在于：不需要工具或模具进而能够以相对短的时间制造样品。此外，能够通过SLM的大的几何自由度制造借助结合模具的方法不能或仅能以大的耗费制造的构件。

在SLM方法中，在由粉末状材料构成的面中在应当形成要制造的构件的轮廓的位置处使用激光辐射。在材料熔化且后续的再凝固之后，施加由粉末状材料制成的新的层并且再次使用激光辐射。通过激光辐射能够实现极其高的方法速度，并且能够一天内产生上千层构成的构件。当然，在熔化较大的面时存在缺点。射入的激光束具有仅一个点状的、直径小的射入面，由此尤其在构件较大的情况下照射较大的面是时间耗费的。

发明内容

因此，目的在于：提供一种方法，借助所述方法能够在时间方面更有效地设计SLM的生产能力。此外，目的在于：提供一种用于执行相应方法的设备。

第一目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现。第二目的通过具有权利要求8的特征的设备实现。本发明的其他有利的设计方案由从属权利要求、附图和实施例中得出。

本发明的第一方面涉及一种用于通过选择性的激光熔化来制造构件的方法，其具有如下步骤：

S1)在制造缸中提供建造平台，

S2)将粉末状的材料以确定的量施加在建造平台上，

S3)将所述材料分配到建造平台之上，

S4)通过激光束作用局部地熔化粉末微粒，

S5)降低平台，

其中以制成构件所需的数量重复步骤S2-S5，并且其中多个彼此并排设置的激光器将其射束定向到要照射的区域上，使得被照射的区域对应于矩形的面。

在根据本发明的方法中，有利地不将射入的能量作为点而是作为长形的矩形实现。因此，射入区域由多个彼此并排设置的激光点构成并且在此具有梁的形状。该方法是有利的，因为通过面的照射能够显著地加速SLM的生产能力。全部的要驶过的路程与应用单个的激光器相比减少，并且能够在较短的时间内通过激光作用熔化相对较大的面积。在此，也称作激光器头的激光器装置的辐射、即彼此并排设置的激光器的装置的辐射在确定的轨道中在构件的要产生的区域之上引导。

在此尤其优选的是：为了产生构件的期望的几何形状，激光器装置的激光器中的一个或多个选择性地且与其他的激光器无关地接通或断开。在此优选的是，当为了产生构件的期望的几何形状而局部地不要熔化材料时，即不产生轮廓且与此相应地不应进行照射时，一个或多个激光器选择性地且与其他的激光器无关地不接通。同样在此优选的是：当装置的全部激光器接通时，当为了产生构件的期望的几何形状而局部地不要熔化材料时，即不产生轮廓并且与此相关地不应进行照射时，根据要产的轮廓在确定的轨道中选择性地且与其他的激光器无关地断开激光器装置的各个激光器。当在预设的轨道中又应产生轮廓时，再次接通之前断开的激光器。

优选地，在根据本发明的方法中熔化的粉末状的材料具有金属。有利地，金属能够容易地加工成粉末并且通过熔化再次达到紧凑的形式。金属在此是适合于多种工程构件的原料，例如用于涡轮机叶片的原料。在此，尤其优选的是，粉末状的材料由金属合金构成。

本发明的第二方面涉及一种用于通过选择性的激光熔化来制造构件的设备，其尤其用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述设备包括：具有建造平台的制造缸、储备缸、分配装置、多个激光器的装置和控制装置，其中激光器的装置实现对矩形的面的照射，并且激光器能够单个地接通和断开。在此，设备的优点对应于根据本发明的方法的优点。

优选地，设备的激光器彼此并排地以矩形图案设置。激光器以所述图案组合成称作激光头的装置。所述装置有利地实现矩形的面的照射。

优选地，通过控制装置控制激光器切换的模式。在此，对构件的每个层的要产生的轮廓进行编程，使得对于激光头的每个要驶过的轨道，控制装置能够有利地计算和控制：在哪个位置处要接通和/或断开各个激光器。

此外，激光束的光路优选能够通过能旋转的、即可通过旋转调节的镜转向。激光器的射束通过光学辅助机构平行地定向到一个或多个可旋转的镜上，所述镜根据其调节将射束对准到要制造的构件的要照射的点上。

激光器在本申请中是用于产生激光束的设备。多个共同并排设置的激光器称作为激光头。将激光束的理论路线称作激光束光路，所述激光束根据其定向通过激光器和可旋转的镜具有所述激光束光路。

将要制造的构件的固定的区域称作为轮廓。

附图说明

根据附图详细描述本发明。其示出：

图1示出根据本发明的设备的示例的实施方式的示意图。

图2示出根据本发明的方法的示例的实施方式的流程图。

图3示出根据图2的方法的示意图。

图4示出根据图2的方法的示意图。

图5示出要通过根据图2的方法照射的面的示意图。

具体实施方式

在图1中示例示出的实施方式中，设备1包括：制造缸2，在所述制造缸的建造平台21上以层的方式生产要通过选择性的激光熔化(SLM)由粉末状材料8制成的构件9；储备缸3，所述储备缸储存粉末状的材料8并且从所述储备缸中将材料8逐渐地通过向上提升储备容器31的底部并且随后能够以层的方式通过也称作刮板的分配装置4转移到建造平台21上并且在那里分配。此外，设备1包括激光器5的装置，所述装置也称作为激光头5，所述激光头产生用于照射建造平台21上的粉末状的材料8的激光束。激光器5的数量在此选择成，使得一方面能够通过激光器有效地照射进而熔化矩形的面，并且另一方面彼此并排设置的激光器不受热量增长的影响。激光器的数量最少为2，优选最大为4，同样优选最大为6，同样优选最大为10，同样优选最大为15，同样优选最大为20，并且同样优选最大为24。此外，设备1具有控制装置6，所述控制装置基于构件的要产生的轮廓和激光头5的当前的位置来计算和控制：接通或断开装置的各个激光器。可调节的镜7构成用于将激光束10的射束光路转向到建造平台21上的粉末状的材料8上。镜的调节以软件控制的方式进行，其中控制装置6附加地构成用于控制镜的运动。通过激光束10的作用，能够通过熔化粉末状的材料8来产生要制造的构件9的轮廓。制造缸2中的平台21构成用于在形成要制造的构件9的一个层之后降低一个层的厚度或层厚，随后能够通过分配装置4涂覆粉末状的材料8的新的层。

在图2的示例示出的实施方式中，通过选择性的激光熔化来制造构件。对此，在步骤S1中，在制造缸2中提供建造平台21。在步骤S2中，在建造平台21上从储备缸3中借助于分配装置4以等同用于形成层的量施加优选由金属或金属合金构成的粉末状的材料。在步骤S3中，通过分配装置4将施加的材料8分配在建造平台21上，使得所述材料形成具有能根据期望的轮廓通过激光束良好地熔化的厚度的层。优选的层厚度在此为20-100μm。

在步骤S4中通过一个或多个激光束101的作用局部地熔化粉末状的材料8，所述激光束通过激光器5产生并且借助于可旋转的镜7以软件控制的方式在建造平台21之上引导，使得产生期望的轮廓。在此，来自彼此并排地设置在激光头中的激光器5的激光束101对准到要照射的区域上，使得被照射的区域对应于矩形的面。

粉末状的原料在激光辐射的位置处完全地熔化并且在凝固之后形成固态的材料层。在步骤S5中，将建造平台21降低一个层厚度并且重复步骤S2-S5直至制成要制造的构件9。换而言之，射入的激光束101根据预设的图案逐层产生构件9的轮廓。

根据图3中的示例的示图，在激光头中并排设置的激光器51、52、53、54、55被激发并且发射激光束101，所述激光束通过聚焦透镜11聚束且平行地定向，随后所述激光束的共同的射束光路12具有矩形的横截面12a。经由一个或多个可旋转的镜7，射束平行地在形成矩形的区域13中在建造平台21之上引导，使得在该形成矩形的区域中熔化材料8。

在图4中示出图3的激光器装置，在所述激光器装置中示例地将激光器52断开，因为应不熔化粉末状材料8的特定的区域，因为在那里不设有固定的轮廓。如果应在预设的间隙之后再次在激光器52的光路中产生固定的轮廓，那么再次接通所述激光器。激光器52的接通或断开通过控制装置6来控制。

通过激光束形成的矩形或梁状成形的激光区域13的引导的路径、也称作照射路线14在图5中通过箭头14示出。通过虚线标识在建造平台21上的材料8的部段15，激光区域13在特定的时间点位于所述部段之上。间隙16在此为不应熔化的部位。在所述部位之上切断一个或多个激光器5，使得在那里不产生要制造的构件9的固定的轮廓。

本发明的对于本领域技术人员显而易见的变型和改变归入权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于通过选择性的激光熔化来制造构件的方法，其具有如下步骤：

S1)在制造缸中提供建造平台，

S2)将粉末状的材料以确定的量施加在所述建造平台上，

S3)将所述材料分配到所述建造平台之上，

S4)通过激光束作用局部地熔化粉末微粒，

S5)降低平台，

其中以制成所述构件所需的数量重复步骤S2-S5，

其特征在于，

多个彼此并排设置的激光器将其射束定向到要照射的区域上，使得被照射的所述区域对应于矩形的面。

2.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其中激光器装置沿确定的轨道在所述构件的要产生的区域之上引导。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中所述激光器中的一个或多个选择性地且与其他的激光器无关地接通或断开，以产生所述构件的期望的几何形状。

4.根据权利要求3所述的方法，

其中当为了产生所述构件的期望的几何形状而局部地不要熔化所述材料时，一个或多个激光器选择性地且与其他的激光器无关地不接通。

5.根据权利要求3所述的方法，

其中当为了产生所述构件的期望的几何形状而局部地不要熔化所述材料时，一个或多个激光器选择性地且与其他的激光器无关地断开。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其中粉末状的所述材料具有金属。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其中粉末状的所述材料由金属合金构成。

8.一种用于通过选择性的激光熔化来制造构件(9)的设备(1)，

所述设备尤其用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述设备包括：具有建造平台(21)的制造缸(2)、储备缸(3)、分配装置(4)、多个激光器(5)的装置和控制装置(6)，

其特征在于，

所述激光器(5)的装置实现对矩形的面(13)的照射，并且所述激光器(51，52，53，54，55)能够单独地接通和断开。

9.根据权利要求8所述的设备，

其中所述激光器(51，52，53，54，55)彼此并排地以矩形图案设置。

10.根据权利要求8或9所述的设备，

其中通过所述控制装置(6)控制所述激光器切换的模式。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的设备，其中所述激光束(10)的光路能够通过能旋转的镜(7)转向。