CN106660269B - 用于制造三维物体的控制单元、装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造三维物体(2)的装置(1)，所述装置通过在与要制造的物体(2)在相应层中的横截面相对应的位置(43)处逐层固化构造材料(13)来进行制造，所述装置具有：涂覆装置(12‑14)，用于向工作平面(10)上施加构造材料(13)层；固化装置(20)，用于选择性地固化所施加的层中的构造材料(13)；以及抽气嘴(34)，用于从所述装置(1)中抽出气体。这里所述抽气嘴(34)设置成活动的，并且所述装置(1)构造成根据一定数量的基准位置(51、53、55a、55b、55c、55d)来控制或调节抽气嘴(34)的运动和/或定向。

Description

用于制造三维物体的控制单元、装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造三维物体的装置，所述装置通过在与要制造的物体在相应层中的横截面相对应的位置处逐层地通过引入能量固化构造材料来进行制造。此外，本发明还涉及一种用于所述装置的控制单元和一种用于对抽气嘴进行运动和/或定向的方法。
背景技术
这种类型的方法例如用于快速原型、快速制模或快速制造。在文献DE 195 14 740C1中记载了这种以名称“选择性激光烧结或激光熔化”已知的方法以及用于执行所述方法的相关装置的一个例子。根据该文献，首先通过涂布机施加一薄层粉末状的构造材料并接着在对应于所述物体的相应横截面的位置处通激光射束的作用使构造材料固化，就是说熔化和/或熔合，并且发生硬化，以形成材料复合体。固化位置因此也可以称为熔化位置。这两个步骤，即施加和固化交替地重复，直至要制造的三维物体完成。
在用激光射束照射时，根据所使用的材料的具体类型，特别是在烧结或熔化金属粉末时，会出现飞溅物、烟尘、浓烟、蒸汽和/或气体，它们传播到处理腔中。这些物质可能对制造过程产生干扰作用，例如由于它们会干扰激光射束的传播，凝结到用于激光射束的入射窗上或沉积在粉末层朝向激光射束的表面上或中，并且在固化后面的物体部位时构成干扰性的影响，这种影响会降低所制造的物体的质量，或者会对后面的层的施加产生不利影响。
为了从处理腔中除去这些污物，DE 198 53 947 C1提出了一种处理腔，其中，在两个相对置的端部上设置保护气体入口和保护气体出口，通过所述保护气体入口和保护气体出口产生通过处理腔的、方向确定的保护气体流。此外，在这个专利中，在较高的、用于入射激光射束的入射窗位于其盖面中的区域的侧面中设置另外的用于保护气体的进入口。通过这些进入口进入的保护气体流针对污物保护入射窗。
在WO 92/08592 A1中以一种实施形式记载了一种激光烧结装置，其中，气流沿激光射束的入射方向从上面被引导到所施加的粉末层上并且在侧面通过环形气嘴吸走，所述环形气嘴包围构造所述物体的整个工作平面。
DE 196 49 865 C1记载了一种用于制造成型体的方法，其中，在一个实施形式中，通过跟随激光射束运动的吹入喷嘴在熔化位置上导入位置受限的保护气体流，在所述熔化位置处，通过激光射束使粉末熔化。
目前，激光烧结装置具有较大的、例如在400x400mm的数量级的构造区，在所述构造区上施加并固化粉末层。对于这种尺寸的构造区，较大和较重的颗粒可能无法通过气流完全运走，而是会在运送通过处理腔期间沉积到粉末层的表面上。这种颗粒在施加和固化后面的粉末层时仍构成干扰性的、会降低所制成的物体的质量的影响因素。
此外还可能出现的是，例如上述类型的颗粒还积存在激光烧结装置内腔的其他区域中并且这种污染物随着时间会影响激光烧结装置的运行。这种积存例如会在发生在上面所述的入射窗上。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于制造三维物体的改进的装置和改进的方法。这里，特别优选地应改善对干扰性颗粒的抽吸效果。这种改进例如可能在于，能够可靠地吸走在固化构造材料时出现的、较大和较重的颗粒，由此改善制造完成的物体的质量或者可以简化所述装置的运行。另一个改进之处可能在于，即使对于大的构造区和/或在装置内腔的远离构造区的区域上，也能实现对干扰性颗粒有效的抽吸作用。
所述目的通过一种用于制造三维物体的装置来实现，所述装置通过在与要制造的物体在相应层中的横截面相对应的位置处逐层固化构造材料来进行制造，所述装置具有：涂覆装置，用于向工作平面上施加构造材料层；固化装置，用于选择性地固化所施加的层中的构造材料；以及抽气嘴，用于从所述装置中抽出气体，其中，所述抽气嘴设置成活动的；以及控制单元，通过所述控制单元根据一定数量的基准位置来控制或调节抽气嘴的运动和/或定向；其中，基准位置包括工作平面中的至少一个当前的基准固化位置；并且其中，所述装置构造成，用于由当前的固化区域中定义当前的基准固化位置，其中，将当前的固化区域的与抽气嘴的当前位置距离最远的固化位置定义为当前的基准固化位置。
所述目的还通过一种用于制造三维物体的装置的控制单元来实现，所述装置通过在与要制造的物体在相应层中的横截面相对应的位置处逐层固化构造材料来进行制造，所述装置具有：涂覆装置，用于向工作平面上施加构造材料层；固化装置，用于选择性地固化所施加的层中的构造材料；以及抽气嘴，用于从所述装置中抽出气体，其中，所述抽气嘴设置成活动的，并且所述控制单元构造成用于控制或调节固化装置，以便确定固化位置，并且所述控制单元构造成，根据一定数量的基准位置来控制或调节抽气嘴的运动和/或定向，所述基准位置包括工作平面中的至少一个当前的基准固化位置；并且其中，所述装置构造成，用于由当前的固化区域中定义当前的基准固化位置，其中，将当前的固化区域的与抽气嘴的当前位置距离最远的固化位置定义为当前的基准固化位置。
所述目的还通过一种用于在用于制造三维物体的装置中使活动的抽气嘴运动和/或定向的方法来实现，所述装置通过在与要制造的物体在相应层中的横截面相对应的位置处逐层固化构造材料来进行制造，所述装置包括：涂覆装置，用于向工作平面上施加构造材料层；固化装置，用于选择性地固化所施加的层中的构造材料；以及活动的抽气嘴，用于从所述装置中抽出气体，其中，根据一定数量的基准位置来控制或调节抽气嘴的运动和/或定向，所述基准位置包括工作平面中的至少一个当前的基准固化位置；并且其中，所述装置构造成，用于由当前的固化区域中定义当前的基准固化位置，其中，将当前的固化区域的与抽气嘴的当前位置距离最远的固化位置定义为当前的基准固化位置。
所述目的还通过一种用于通过逐层地施加和选择性地固化构造材料来制造三维物体的方法来实现，包括以下步骤：
a)向工作平面上施加一层构造材料，
b)在与要制造的物体的横截面相对应的位置处选择性地使构造材料的所述层固化，
c)重复步骤a)和b)，直至所述物体制造完成，
其中，在制造所述物体期间通过抽气嘴吸出气体，并且利用根据本发明的用于在用于制造三维物体的装置中使活动的抽气嘴运动和/或定向的方法实现抽气嘴的运动和/或定向。
所述目的还通过一种计算机程序来实现，所述计算机程序能够直接加载到可编程的控制单元的处理器中，所述计算机程序具有程序编码结构，以便在所述计算机程序在控制单元上执行时，执行根据本发明的用于在用于制造三维物体的装置中使活动的抽气嘴运动和/或定向的方法的所有步骤。
根据本发明的原则主要包括以下观点：
a)替代目前为止在现有技术中使用的固定安装的、即不可运动的抽气嘴，现在抽气嘴活动地设置在所述装置中。
b)所述活动的抽气嘴的运动或定向根据一定数量的基准位置来控制或调节地进行。所述基准位置设置在装置内部并且也可以称为基准位置。因此，为了控制或调节抽气嘴的运动或定向，要求事先定义一个或多个所述基准位置。可以将点状或面状(例如圆形或椭圆形地绕一个点设置)的位置用作基准位置或(同义的)基准位置，但其他二维或三维的形状也可以用作基准位置，例如线形的位置。这种基准位置为抽气嘴的运动或定向提供了一种空间的或二维相关的坐标，借助于所述坐标能够有目的或有效地进行所述运动或定向。
这可以根据本发明的一个在下面没有详细说明的应用示例来执行。所述活动的抽气嘴在所述装置运行期间，就是说在制造三维物体期间，用于在构造区上抽吸走颗粒。在制造过程结束后，所述抽吸嘴有目的地继续向上移动，以便对装置的入射窗进行抽吸并由此清除污物。为此，装置内腔中任意预先定义的、即确定的位置可以用作用于控制或调节抽气嘴的运动或定向的基准位置，根据所述位置来协调所述运动或定向。
对于这种控制或调节可以使用唯一一个基准位置，但也可以使用多个(两个或更多个)基准位置。第一种情况对于基准位置定义较为简单，后面一种情况能实现抽气嘴在空间中较为精确的定向。
基准位置优选包括工作平面中的至少一个当前的基准固化位置。就是说，与上面所述的应用示例不同，至少一个基准位置位于工作平面上(就是说位于预先确定的平面上，并且是通常在其上形成上面所述颗粒的平面并且应吸走颗粒的平面)并且是(当前的)固化位置。这例如可能意味着，当前的基准固化位置在时间分布上分别处于另外的位置，即(例如在选择性激光烧结中)处于激光射束当前到达工作平面上的位置。对于抽气嘴的位置或定向这意味着，抽气嘴例如能连续地(或者也可以逐步地)调整并且此时其位置和定向总是与相应当前的(基准)固化位置相关联。
备选或补充地，根据本发明的装置也可以构造成，使得当前的基准固化位置由当前的固化区域中定义。这里优选将与抽气嘴的当前位置隔开最远的固化位置定义为当前固化区域的当前基准固化位置。这意味着，所定义的用作抽气嘴的运动或定向的基准位置的当前基准固化位置不是必须是当前发生固化的位置。这里选定的基准固化位置而是规定了这样的坐标，由该坐标可以导出，抽气嘴与当前固化区域的背离抽气嘴的(外)边缘距离多远，就是说，抽气嘴与颗粒可能的散发(Emission)位置之间存在怎样的最大距离，抽气嘴应从所述排放位置吸走颗粒。
特别优选的是，根据本发明的装置构造成，使得所述装置在运行中确保，(至少在预先确定的时间段内)抽气嘴与所述数量的基准位置中的至少一个基准位置的距离不超过和/或不低于预定的(即预先确定的)距离值。就是说，所述距离值可以用作上限和/或下限。所述距离值优选选择成，使得抽气嘴以其正常的抽吸功率特别是在构造区上产生抽吸效果的最佳状态。当尽可能基本上吸走所有形成干扰的颗粒并同时不会例如由于气体涡旋在粉末表面上产生干扰效果的同时，实现了这种最佳状态。发明人在这种情况下发现，对于上面所述的最佳状态而言特别有利的是，在选择性激光烧结装置中，所述距离值的上限优选为100mm，特别优选为80mm，并且特别优选为50mm。同样对于上述最佳状态而言，下限可以接近0mm，但优选大于或等于5mm、特别优选大于或等于10mm。
附图说明
本发明的其他特征和优点由根据附图对实施例的说明得出。
图1是用于逐层制造三维物体的装置的示意性的部分剖开示出的视图，所述装置适于实施本发明；
图2示出根据本发明的第一实施形式的活动的抽气嘴的示意性透视图，用于说明根据本发明的方法的第一实施形式，
图3示出根据本发明的第二实施形式的活动抽气嘴的示意性透视图，
图4示出根据本发明的第三实施形式的活动抽气嘴的示意性透视图，
图5示出根据本发明的第四实施形式的活动抽气嘴的示意性透视图，
图6示出用于使第四实施形式的抽气嘴运动的三脚悬挂装置的示意性透视图，
图7示出根据本发明的第五实施形式的活动抽气嘴的示意性透视图，
图8示出工作平面上方的气流的速度分布的示意图，
图9示出从上面观察带有根据第二实施形式的活动抽气嘴的构造区的示意图，用于示出根据本发明的方法的第二实施形式，
图10示出从上面观察构造区的示意图，用于示出根据本发明的方法的第三实施形式。
具体实施方式
下面参考图1说明根据本发明的一个实施形式的装置1。在图1中示出的装置是激光烧结或激光熔化装置1。为了构造物体2，所述装置包括带有腔壁4的处理腔3。
在处理腔3中设置有向上敞开的容器5，所述容器具有壁部6。在容器5中设置能沿竖直方向V运动的支承件7，在所述支承件上安装基板8，所述基板向下封闭容器5并由此构成容器的底部。基板8可以是与支承件7分开构成的板件，所述板件固定在支承件7上，或者基板可以与支承件7一体地构成。根据所使用的粉末和工艺，还可以在基板8上安装构造平台9，在所述构造平台上构造物体2。但所述物体2也可以在基板8本身上构造，此时基板用作构造平台。在图1中，在容器5中，要在构造平台9上构造的物体2在工作平面10的下方以带有多个已固化的层的中间状态示出，所述物体由保持未固化的构造材料11包围。
激光烧结装置1还包括用于能通过电磁辐射固化的构造材料13的存储容器12和能沿水平方向H运动的涂布机14，用于将构造材料13施加到工作平面10上。在处理腔的上侧，处理腔3的壁部4包括用于固化粉末13的激光射束22的入射窗15。
激光烧结装置1还包括照射装置20，所述照射装置具有激光器21，所述激光器21产生激光射束22，所述激光射束通过转向装置23转向并通过聚焦装置24经由入射窗15聚焦到工作平面10上。
此外，所述激光烧结装置1还包括控制单元29，通过所述控制单元以协调的方式控制所述装置1的各个组成部件，以便执行构造过程。控制单元可以包括CPU，所述CPU的运行通过计算机程序(软件)控制。
为了在处理腔3中产生(优选层状的)气流33，激光烧结装置1还包括气体供应通道31、进气嘴32、抽气嘴34和气体导出通道35。气体供应和导出也可以由控制单元29控制。由处理腔3中吸出的气体可以输送给(未示出的)过滤装置，而经过滤的气体可以通过气体供应通道31再次输送给处理腔3，由此形成了具有闭合气体回路的循环空气系统。替代仅设置一个进气嘴32和一个抽气嘴34，也可以分别设置多个进气嘴和多个抽气嘴。
在运行中，首先使支承件7降低优选对应于希望的层厚的高度，以便施加一个粉末层。在使用涂布机14的情况下，现在涂覆一层粉末状的构造材料13。至少在要制造的物体2的整个横截面上、优选在整个构造区10上进行涂覆。接着，用激光射束22扫描要制造的物体2的横截面，从而粉末状的构造材料13在这些位置处固化。重复这些步骤，直至物体2制造完成并可以从构造室中取出。
在构造物体2期间，将气体、优选是保护气体、例如氩气和/或氮气通过进气嘴32导入处理腔并通过抽气嘴34重新从处理腔中吸出。
根据本发明，至少一个抽气嘴活动地设置成，使得所述抽气嘴可以分别被带到所施加的正在通过激光射束固化的粉末层区域的附近。
图2示意性地示出抽气嘴34a的活动的布置形式的第一实施形式。在该实施形式中，抽气嘴34a安装在涂布机14上，就是说，与涂布机14机械地连接，并且可以与涂布机14一起在工作平面10和施加在工作平面上的粉末层上移动。这种运动这里沿平行于工作平面的第一方向(x方向)往复进行。抽气嘴34a在第一方向上具有抽气口36a。在垂直于第一方向、但同样平行于工作平面10的第二方向(y方向)上，抽气嘴34a具有接近在涂布机的整个宽度上并由此接近在整个构造区上延伸的宽度，就是说，在工作平面10的位于容器5上部的开口之内的区域上延伸。抽气口36a接近在抽气嘴34a的整个宽度上延伸。
抽气嘴34a特别是可以与涂布机14一起移动，使得抽气嘴总是位于当前的固化位置的附近，所述当前固化位置在本发明的范围内可以被用作基准位置。这里工作平面10中的激光射束刚好到达粉末、加热粉末并使其固化的位置可以称为当前固化位置，即正在形成污物，如喷溅物、烟尘、浓烟、蒸汽和/或气体的位置。换而言之，根据当前固化位置这样控制抽气嘴的运动和/或定向，使得特别是不会超过固化位置和与抽气嘴之间的预定距离，这里，所述预定距离小于构造区的尺寸。
与行进通过整个处理腔的气流相比，利用活动的抽气嘴34a也可以将较大和较重的颗粒有效地从处理腔中吸出，所述颗粒否则在运送通过处理腔期间可能会沉积在粉末层上。为了能够利用行进通过整个处理腔的气流运走这种颗粒，必须提高气流的流量和/或速度，这可能会干扰已施加的粉末层的表面。通过根据当前固化位置来控制活动的抽气嘴34a，以气流较小的流量和/或较小的速度就已经可以有效地吸走所述颗粒，由此避免了对已施加的粉末层的表面产生干扰。此外，抽吸在整个构造区(容器5的整个上部开口)上以接近保持相同的抽吸强度进行，从而避免了所构造的物体2的质量与位置相关的差别。
通过将抽气嘴与涂布机(特别是通过将抽气嘴安装在涂布机上)机械地连接来实现抽气嘴活动的布置形式还具有其他优点。
例如以往已经在激光烧结装置中存在能与涂布机一起在整个构造区上移动的装置，从而不需要为了使抽气嘴运动设置附加的运动装置。这在制造所述装置时减少了耗费和成本。
此外，涂层和照射例如可以并行地在一个工序中执行，就是说，在施加粉末层期间已经在沿行驶方向在涂布机后面的已经施加并平整的区域内进行粉末的固化。由此缩短了物体的制造时间。
为了避免构造区(特别是由涂布机当前施加的粉末层)的表面发生不希望的改变，工作平面10可以在涂覆之后略微向下移动。备选或补充地，固化可以在工作平面的在涂布机“后面”的区域内进行，就是说，沿涂布机的涂覆方向跟随涂布机进行。
但本发明并不局限于抽气嘴与涂布机一起运动。抽气嘴在工作平面上的运动也可以独立于涂布机进行。
图3示意性示出抽气嘴34b活动的布置形式的第二实施形式。在该实施形式中，抽气嘴34b能够自由运动地安装在处理腔中。这里，抽气嘴能够执行沿平行于工作平面的x方向和y方向的运动并且能够绕这里垂直于工作平面10的轴线旋转任意的角度α。也可以绕平行于工作平面10的轴线旋转任意的角度(未示出)，就是说，可以沿朝向工作平面10的方向旋转或远离工作平面10向上旋转。由此抽气嘴可以以任意的定向被带到构造区的任意位置。由此，抽气嘴34b和其抽气口36b的宽度不必再接近在构造区的整个宽度上延伸，而是可以明显更小。
例如可以通过安装在具有必要的运动自由度的摆臂上实现抽气嘴34b的可自由运动性。
图4示意性示出抽气嘴34c活动的布置形式的第三实施形式。在该实施形式中，进气嘴32c和抽气嘴34c彼此朝向地安装在能直线行驶的门架系统40上。门架系统40可以使各气嘴彼此平行地并且以可变的或保持不变的彼此间的距离沿平行于工作平面的x方向和y方向运动。由此可以实现，能将各气嘴带动构造区的任意位置，但仍保持它们的定向和它们相互间的距离，并由此保持各气嘴之间气流的相对方向和大小。在这个实施形式中，各气嘴32c、34c的宽度也可以明显小于构造区10的宽度。
图5示意性示出抽气嘴34d活动的布置形式的第四实施形式。在这个实施形式中，抽气嘴34d构造成环形气嘴34d，所述环形气嘴沿其内周具有抽气口36d。由此，对称地从环形气嘴34d的中心出发朝所有侧面抽吸气体。这种环形气嘴34d优选这样相对于激光射束22运动，使得激光射束22总是接近处于环形气嘴34d的中心。
图6示意性示出环形气嘴34d在三脚结构41上的悬挂结构。所述三脚结构包括三个在其长度上可变的支腿41a、41b、41c，这些支腿例如能按伸缩原理或通过缸-活塞组合收缩或伸出。也可以对三脚结构41采用铰接的平行四边形导向结构，由此能特别简单地实现对环形气嘴34d的平行导向。所述支腿41a、41b、41c在其一个端部上与环形气嘴34d连接，但在其另一个端部上在空间中位置固定地、但能摆动地锚固。通过协调地改变三个支腿41a、41b和41c的尺寸设置，环形气嘴34d可以与工作平面10平行地在构造区上运动。
在上面所述的各实施形式中示出了这样一些情况，在这些情况下，分别将各单个抽气嘴设置成活动的。但在每个所述实施形式中也可以将两个或更多个抽气嘴相互耦合或设置成能不相互独立地运动。
作为例子，图7示出抽气嘴活动的布置形式的第五实施形式。在这个实施形式中，将两个抽气嘴34e和34f安装在一个涂布机14上并使其朝涂布机14的两个移动方向定向。这里，例如在涂布机沿一个方向移动时，抽气嘴34e和34f之一可以被激活，而在沿相反的方向移动时，另一个抽气嘴被激活。由此，即使对于设计成用于沿两个移动方向施加粉末层的涂布机，也可以实现并行地实施涂覆和照射。备选地，例如当在涂布机14的两侧同时在工作平面中进行固化时，两个抽气嘴34e、34f可以同时运行。
在所有上面所述的实施形式中，进气嘴32和/或抽气嘴34可以分别构造成，使得气流的速度与在工作平面上方的高度相关。
图8示出气流在工作平面10上方的速度分布的示意图。在粉末表面附近速度较低，由此不会有粉末被吹走或吸走。在使用轻金属粉末、例如铝时，这是特别重要的。向上、即从工作平面10朝抽气嘴(类似地朝进气嘴)方向的延续分布中，速度提高，从而例如能够可靠地吸走喷溅物。这样的速度分布例如可以这样来实现，进气嘴32和/或抽气嘴34包括垂直地相互叠置的通道，所述通道彼此不同地构成和/或不同地用高气压或低气压加载。
在上面所述的实施形式中描述的实现抽气嘴的运动的单元仅起到例子的作用并且并不构成限制。这些单元也可以在不同实施形式之间交换。由此，例如在图4中示出的并且在第三实施形式中描述的门架40也可以用于使如在图5中示出的并在第四实施形式中说明的环形抽气嘴运动，或者在图7中示出并在第四实施形式中说明的三脚结构也可以用于使如在图4中示出并在第三实施形式中说明的由进气嘴32和抽气嘴34组成的组合结构移动。在每个实施形式中都可以采用不同的适于使抽气嘴在整个构造区上运动的装置(致动器)。
由于涂布机14的运动由控制单元29控制，当抽气嘴安装在涂布机14上时，抽气嘴34的运动也由控制单元29控制。即使当抽气嘴34没有机械地与涂布机14连接时，抽气嘴34的运动也可以由控制单元29控制或调节。由于控制单元29也控制照射装置20并且由此确定当前和将来的固化位置，控制单元29可以根据作为基准位置的所述固化位置来控制或调节抽气嘴34的运动。如果抽气嘴34由单独的控制单元控制或调节，则为此目的由控制单元29将关于相应固化位置的信息发送给所述单独的控制单元。
图9示出从上面观察带有根据第二实施形式的活动抽气嘴34b(见图3)的构造区10的示意图，以便说明根据本发明的方法的第一实施形式。
在工作平面10上的当前层中，物体2在固化区域43中逐渐固化。为此，固化区域43分成轮廓45和所谓的照射区47a-i或固化区47a-i，在这些照射区中例如根据附图标记47a-i按字母顺序a至i执行固化。这种固化沿扫描矢量49进行，所述扫描矢量这里示意性地在当前的第一固化区47a中示出。在这里所示的状态下，在第一固化区47a中的固化位置51处发生固化。抽气嘴34b的运动或定向因此可以根据(按根据本发明的方法的第一实施形式，见上文)这种作为基准固化位置51的固化位置51沿扫描矢量49的分布进行，并且例如以分布间距d3连续或逐步地跟随所述分布。
第一固化区47a具有一个固化位置53，该固化位置当前没有固化，但在所述方法的第二实施形式中应替代固化位置51用作基准固化位置53：这个基准固化位置53是当前固化区47a中与抽吸嘴34b当前的位置相距最远的位置。就是说，抽吸嘴34b的抽吸作用必须一直作用到所述基准固化位置53，以便能够形成充分的抽吸作用。因此，这样调整抽气嘴34b的位置和/或定向，使得抽气嘴34b与基准固化位置53的距离d2不超过预定的距离值，所述预定的距离值例如为100mm、特别优选地为80mm、进一步特别优选地为50mm。在另一侧，抽气嘴34b和当前固化区的朝向该抽气嘴的边缘之间的距离d1也不应小于另一个预定的距离值。特别是必须避免使抽气嘴34b伸入当前固化区47a中，因为否则抽气嘴会妨碍固化过程。相同的规则优选也适用于在根据本发明的方法的第一实施例中的上述分布间距d3。
第二实施形式提供了这样的优点，即，不是必须始终引导抽气嘴34b运动，而是可以在固化区中的固化过程期间使抽气嘴固定在一个或多个位置中。
图10用于说明根据本发明的方法的第三实施形式。这里构造区10分成多个(这里三个)构造分区10a、10b、10c。第一构造分区10a沿第一距离d4从构造区10的第一(左)边缘55a一直延伸到第一边界线55b，所述第一边界线这里平行于第一边缘55a延伸。第二构造分区10b从第一边界线55b沿第二距离d4’已知延伸到第二边界线55c(该边界线这里也平行于第一边界线55b定向)，然后在第二边界线上，第三构造分区10c沿第三距离d4”一直延伸到构造区10的第二(右)边缘。在当前实施例中，第一、第二和第三距离d4、d4’、d4”是相同大小的。要制造的物体2在这里所存在的层中在所有三个构造分区10a、10b、10c上延伸，构造分区10a、10b、10c在物体2中的该层中限定固化区47a’、47b’、47c’。
在所述方法的第三实施形式中，活动的抽气嘴(未示出)、优选是以其抽吸作用覆盖构造区10(即垂直于距离d4、d4’、d4”的延伸方向)的整个宽度的抽气嘴根据作为基准位置55a、55b、55c、55d的所述边缘55a、55d和边界线55b、55c移动。例如为此可以使用抽气嘴34a。距离d4、d4’、d4”这里优选这样确定，使得所述距离的值与针对所述方法的第二实施形式已经说明的所述预定的距离值相对应。因此，在该第三实施形式中，相应的抽气嘴也可以暂时固定在一个位置处地运行，例如(并且优选地)对于每个构造分区10a、10b、10c或固化区47a’、47b’、47c’固定在一个位置处。
对于其他方面，只要可能，不同实施形式的特征也可以相互组合。
尽管前面是根据激光烧结或激光熔化装置来说明本发明，但本发明并不限于激光烧结或激光熔化。本发明可以应用于任意用于通过逐层施加和选择性固化构造材料来制造三维物体的方法，在这些方法中，使用了对气体、特别是保护气体的抽吸。
激光器可以包括气体或固体激光器或激光二极管。一般而言，可以使用任意能够选择性地向构造材料层上施加能量的装置。替代激光器例如可以使用适用于使构造材料固化的其他光源、电子射束或任意其他的能量源或辐射源。本发明也可以用于选择性的掩模(Mask)烧结，其中采用延展的光源和掩模，本发明也可以应用于吸收性烧结或抑制性烧结。
替代引入能量，所涂覆的构造材料的选择性固化也可以通过3D打印来实现，例如通过施加粘合剂。一般而言，本发明涉及一种与构造材料固化的形式和方式无关地通过逐层施加和选择固化构造材料来制造物体的方法。
在使用粉末作为构造材料时，可以使用不同类型的粉末，特别是金属粉末、塑料粉末、陶瓷粉末、砂砾、经填充或混合的粉末。根据具体使用的构造材料采用这样的气体作为保护气体，所述气体基本上不会与构造材料发生化学反应，例如对于塑料粉末，优选采用氮气，或者对于金属粉末，优选采用氩气和/或氮气。

Claims (16)

1.用于制造三维物体(2)的装置(1)，所述装置通过在与要制造的物体(2)在相应层中的横截面相对应的位置(43)处逐层固化构造材料(13)来进行制造，所述装置具有：涂覆装置(12-14)，用于向工作平面(10)上施加构造材料(13)层；固化装置(20)，用于选择性地固化所施加的层中的构造材料(13)；以及抽气嘴(34)，用于从所述装置(1)中抽出气体，其中，所述抽气嘴(34)设置成活动的；以及控制单元(29)，通过所述控制单元根据一定数量的基准位置(51、53、55a、55b、55c、55d)来控制或调节抽气嘴(34)的运动和/或定向；其中，基准位置(51、53)包括工作平面(10)中的至少一个当前的基准固化位置(51、53)；其中，所述装置构造成，用于由当前的固化区域(47a、47a’)中定义当前的基准固化位置(51、53)，其中，将当前的固化区域(47a)的与抽气嘴(34)的当前位置距离最远的固化位置(53)定义为当前的基准固化位置，并且其中，所述装置构造成，使得所述装置确保，至少在预先确定的时间段中，抽气嘴(34)与所述数量的基准位置(51、53)中的至少一个基准位置之间的距离(d1、d2、d3、d4、d4’、d4”)不超过和/或不小于预定的距离值。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，涂覆装置包括涂布机(14)，所述涂布机能够平行于工作平面移动，并且抽气嘴(34a)与涂布机(14)机械地连接。
3.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，抽气嘴(34b)设置成能二维地沿两个平行于工作平面(10)的方向(x、y)运动。
4.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，抽气嘴(34b)设置成能绕至少一个轴线旋转。
5.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，抽气嘴(34b)设置成能绕垂直于工作平面(10)的轴线和/或绕平行于工作平面(10)的轴线旋转。
6.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述装置还包括用于将气体导入该装置的进气嘴(32c)，所述进气嘴(32c)和抽气嘴(34c)相互朝向地安装，使得所述进气嘴和抽气嘴能相互平行地运动。
7.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述装置还包括用于将气体导入该装置的进气嘴(32c)，所述进气嘴(32c)和抽气嘴(34c)相互朝向地安装，使得所述进气嘴和抽气嘴能以彼此间保持相同的距离平行于工作平面(10)运动。
8.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，抽气嘴(34d)包括环形气嘴。
9.根据权利要求6所述的装置(1)，其中，进气嘴(32)和/或抽气嘴(34)分别构造成，使得通过所述进气嘴和抽气嘴引起的气流的速度在工作平面(10)的高度上是最小的。
10.用于制造三维物体(2)的装置(1)的控制单元(29)，所述装置通过在与要制造的物体(2)在相应层中的横截面相对应的位置(43)处逐层固化构造材料(13)来进行制造，所述装置具有：涂覆装置(12-14)，用于向工作平面(10)上施加构造材料(13)层；固化装置(20)，用于选择性地固化所施加的层中的构造材料(13)；以及抽气嘴(34)，用于从所述装置(1)中抽出气体，其中，所述抽气嘴(34)设置成活动的，并且所述控制单元(29)构造成用于控制或调节固化装置(20)，以便确定固化位置(51、53)，并且所述控制单元(29)构造成，根据一定数量的基准位置(51、53、55a、55b、55c、55d)来控制或调节抽气嘴(34)的运动和/或定向，所述基准位置包括工作平面(10)中的至少一个当前的基准固化位置(51、53)；并且其中，所述装置构造成，用于由当前的固化区域(47a、47a’)中定义当前的基准固化位置(51、53)，其中，将当前的固化区域(47a)的与抽气嘴(34)的当前位置距离最远的固化位置(53)定义为当前的基准固化位置，并且其中，所述装置构造成，使得所述装置确保，至少在预先确定的时间段中，抽气嘴(34)与所述数量的基准位置(51、53)中的至少一个基准位置之间的距离(d1、d2、d3、d4、d4’、d4”)不超过和/或不小于预定的距离值。
11.根据权利要求10所述的控制单元，其中，所述装置是根据权利要求1至9之一所述的装置。
12.具有抽气嘴(34)和根据权利要求10的控制单元(29)的装备套件。
13.用于在用于制造三维物体(2)的装置(1)中使活动的抽气嘴(34)运动和/或定向的方法，所述装置通过在与要制造的物体(2)在相应层中的横截面相对应的位置(43)处逐层固化构造材料(13)来进行制造，所述装置包括：涂覆装置(12-14)，用于向工作平面(10)上施加构造材料(13)层；固化装置(20)，用于选择性地固化所施加的层中的构造材料(13)；以及活动的抽气嘴(34)，用于从所述装置(1)中抽出气体，其中，根据一定数量的基准位置(51、53、55a、55b、55c、55d)来控制或调节抽气嘴(34)的运动和/或定向，所述基准位置包括工作平面(10)中的至少一个当前的基准固化位置(51、53)；并且其中，所述装置构造成，用于由当前的固化区域(47a、47a’)中定义当前的基准固化位置(51、53)，其中，将当前的固化区域(47a)的与抽气嘴(34)的当前位置距离最远的固化位置(53)定义为当前的基准固化位置，并且其中，所述装置构造成，使得所述装置确保，至少在预先确定的时间段中，抽气嘴(34)与所述数量的基准位置(51、53)中的至少一个基准位置之间的距离(d1、d2、d3、d4、d4’、d4”)不超过和/或不小于预定的距离值。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述装置是根据权利要求1至9之一所述的装置(1)。
15.用于通过逐层地施加和选择性地固化构造材料来制造三维物体(2)的方法，包括以下步骤：
a)向工作平面(10)上施加一层构造材料(13)，
b)在与要制造的物体(2)的横截面相对应的位置(43)处选择性地使构造材料(13)的所述层固化，
c)重复步骤a)和b)，直至所述物体(2)制造完成，
其中，在制造所述物体期间通过抽气嘴(34)吸出气体，并且利用根据权利要求13或14的方法实现抽气嘴(34)的运动和/或定向。
16.计算机程序，所述计算机程序能够直接加载到可编程的控制单元(29)的处理器中，所述计算机程序具有程序编码结构，以便在所述计算机程序在控制单元(29)上执行时，执行根据权利要求13或14所述的方法的所有步骤。
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